比較基因組學(xué)的生物信息學(xué)分析方法建立及極端嗜酸甲烷氧化細(xì)菌V4、大腸桿菌O55：H7菌株CB9615和K-12菌株BW2952及其5株衍生菌株的全基因組破譯

【摘要】：基因組學(xué)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了近二十年的歷史。隨著新測(cè)序方法的出現(xiàn),大大加快了基因組測(cè)序的步伐。如何處理和分析這些基因組數(shù)據(jù)成為基因組學(xué)研究中的主要困難。 本論文建立的兩種全新的生物信息學(xué)方法均能夠大大加快比較基因組學(xué)的工作速度,并且得到更準(zhǔn)確的分析結(jié)果。以這兩個(gè)方法為主要工具,結(jié)合其他功能基因組和比較基因組學(xué)方法,本論文對(duì)8個(gè)細(xì)菌基因組進(jìn)行了生物信息學(xué)分析,并且發(fā)現(xiàn)其各自的重要特性。 通過(guò)這些方法的建立和研究的進(jìn)行,我們能夠進(jìn)一步加深對(duì)微生物的理解,特別是加深對(duì)微生物遺傳信息的了解,并且極大促進(jìn)相關(guān)分子生物學(xué)的生理生化特性的研究工作。 Ⅰ 隨著高通量測(cè)序法的發(fā)展,基因組的數(shù)量急劇膨脹,使比較基因組學(xué)成為后基因組時(shí)代的研究熱點(diǎn)。比較基因組學(xué)通過(guò)比較全基因組序列來(lái)分析生物之間進(jìn)化關(guān)系,遺傳差異和潛在表型差異。直系同源基因的尋找是比較基因組學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題,為比較基因組學(xué)的后續(xù)工作提供基礎(chǔ)。直系同源基因?qū)ふ页绦蛑饕譃榛贐LAST的方法和基于進(jìn)化樹(shù)重建的方法,但是現(xiàn)有的所有直系同源基因?qū)ふ页绦蚨家蕾囉谠械淖⑨尅? 本論文選取大腸桿菌種和古菌界的完整基因組序列為研究材料,設(shè)計(jì)了全新的基于基因與基因組比較的直系同源基因?qū)ふ页绦?。這個(gè)程序使用BLAST方法進(jìn)行基因預(yù)測(cè),并使用Inparanoid方法將基因比較為直系同源基因?qū)?最后使用MCL程序?qū)⒒驅(qū)M(jìn)一步聚類,形成直系同源基因群。 程序突破了直系同源基因?qū)ふ乙蕾囉谠凶⑨尩钠款i,在大腸桿菌和古菌中發(fā)現(xiàn)了比原來(lái)更多的核心基因群,并重建了兩個(gè)種屬的進(jìn)化樹(shù),同時(shí)發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中有顯著的基因消減現(xiàn)象。 Ⅱ 比較基因組學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)生物的進(jìn)化關(guān)系的重建。分子遺傳學(xué)中重建進(jìn)化樹(shù)的基礎(chǔ)是生物DNA或氨基酸序列上的堿基改變。突變是造成這種堿基改變的一個(gè)重要原因,突變隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)而發(fā)生,從而形成進(jìn)化中的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)；然而,同源重組也是導(dǎo)致堿基改變的一個(gè)重要原因。同源重組用一個(gè)異源的片段替換基因組的原本片段,從而在短時(shí)間內(nèi)引入大量的堿基改變。重組可以在遠(yuǎn)源的物種之間發(fā)生,從而打亂生物的樹(shù)狀進(jìn)化結(jié)構(gòu)。這兩種造成堿基改變的方式通常難以區(qū)分,但是對(duì)進(jìn)化樹(shù)重建有重要影響。 本論文中引入泊松分布模型來(lái)描述隨機(jī)突變,并通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方式初步區(qū)分重組與突變。為了確定重組影響的程度和范圍,我們還是用獨(dú)創(chuàng)的MaxFisher方式對(duì)相鄰片段間的堿基分布進(jìn)行區(qū)分,進(jìn)而將基因組區(qū)分為重組區(qū)和突變區(qū)。 使用區(qū)分后的突變,可以進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)重建,得到更加準(zhǔn)確的進(jìn)化結(jié)果。同時(shí),論文中發(fā)現(xiàn),重組不但可以影響進(jìn)化樹(shù)的枝長(zhǎng),從而誤導(dǎo)進(jìn)化分子鐘的推算,還可以直接影響進(jìn)化樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而使我們無(wú)法得到真正的物種親緣關(guān)系。 Ⅲ 極端嗜酸的甲烷氧化細(xì)菌Methylacidiphilum inferorum V4可以在極端酸性的地裂環(huán)境中降解地殼噴發(fā)的甲烷,降低溫室氣體的排放。極端酸性的地裂環(huán)境中每年釋放大量的甲烷,然而先前的研究中,使用通用引物無(wú)法在酸性環(huán)境下發(fā)現(xiàn)甲烷氧化細(xì)菌。目前已知的甲烷氧化細(xì)菌都屬于原細(xì)菌門,最低生長(zhǎng)PH值僅為4.0。 本論文中描述了一個(gè)極端嗜酸的甲烷氧化細(xì)菌Methylacidiphilum inferorum V4,并使用全基因組測(cè)序方法取得了V4的全基因組序列。 與原有的甲烷氧化細(xì)菌不同,V4屬于疣微菌門,并且可以在2.0-2.5的pH值下生長(zhǎng)。本研究在甲烷氧化細(xì)菌Methylacidiphilum inferorum V4的基因組中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的甲烷氧化途徑,并分析了V4的核心代謝和其他重要功能途徑,并且在全基因組中發(fā)現(xiàn)大量的橫向轉(zhuǎn)移事件。 Ⅳ 目前已進(jìn)行的大腸桿菌基因組研究缺乏對(duì)具有親緣關(guān)系的克隆之間的詳盡遺傳改變的研究。大腸桿菌O157：H7是重要的腸出血型致病大腸桿菌,它在世界范圍內(nèi)造成過(guò)多次大流行,而與它親緣關(guān)系最近的O55：H7屬于另一個(gè)致病類型,這兩者之間的特性差異是由于基因組上的遺傳改變?cè)斐伞? 本論文中完成了對(duì)一株O55：H7菌株的全基因組測(cè)序,并且將它與兩個(gè)O157：H7菌株進(jìn)行基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)水平的比較。本論文對(duì)它們之間的包括突變,重組和橫向基因轉(zhuǎn)移等大多數(shù)遺傳差異都進(jìn)行了定位,并使用同義突變來(lái)對(duì)它們的分化時(shí)間做出了估計(jì)。作為參照,我們還研究了3株密切聯(lián)系的腸外致病大腸桿菌基因組。 O55：H7和O157：H7的主要差別包括一個(gè)導(dǎo)致O抗原變換的重組區(qū)域。此外,O55：H7中有一個(gè)特異的二型分泌系統(tǒng),而O157：H7中則有更多的三型分泌系統(tǒng)作用因子。他們之間噬菌體也發(fā)生了很大的改變。如果使用之前在霍亂弧菌中的進(jìn)化速率,O55：H7和O157：H7分化時(shí)間大約為400年前,如果使用傳統(tǒng)分子鐘,分化時(shí)間大約為14,000到70,000年左右。通過(guò)腸外致病大腸桿菌簇的驗(yàn)證,本研究發(fā)現(xiàn)大腸桿菌中重組頻率比霍亂弧菌中要低。 V 大腸桿菌標(biāo)準(zhǔn)菌株K-12菌株MC4100是最常用的實(shí)驗(yàn)室菌株之一。在80年代使用凍干保存之前,K-12菌株在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的傳代過(guò)程,其中包括大量記錄的和未被記錄的遺傳改變。這些改變使不同的K-12菌株之間遺傳背景出現(xiàn)差異,并導(dǎo)致了全局調(diào)控和表型的差異。 本研究對(duì)大腸桿菌K-12菌株MC4100進(jìn)行了全基因組測(cè)序,并將其與其它3株已測(cè)序的K-12菌株進(jìn)行比較。在所有已測(cè)序K-12菌株內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了193個(gè)特異的點(diǎn)突變以及許多插入和缺失事件。 通過(guò)將這些點(diǎn)突變和插入缺失事件關(guān)聯(lián),可以解釋許多K-12菌株之間的表型差異,然而還有很多點(diǎn)突變的功能未知。這些遺傳改變中的大部分都不是人工操作的結(jié)果,而是隨機(jī)的遺傳改變。這些變異說(shuō)明即使在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,也需要考慮遺傳背景差異帶來(lái)的潛在實(shí)驗(yàn)差異。 Ⅵ 物種進(jìn)化的多態(tài)性是進(jìn)化中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)認(rèn)為這種多態(tài)性是由于環(huán)境中復(fù)雜的選擇壓力造成。然而最新的研究證明,即使在單一的選擇壓力環(huán)境下,物種也傾向于通過(guò)多種不同的方式適應(yīng)環(huán)境。 本論文通過(guò)對(duì)大腸桿菌MC4100在同一實(shí)驗(yàn)室恒化條件下產(chǎn)生的5個(gè)子代進(jìn)行全基因組測(cè)序和蛋白質(zhì)組學(xué)研究,深入解析由磷限制帶來(lái)的遺傳改變,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌通過(guò)以rpoS為核心的調(diào)控基因的改變來(lái)增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。 經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的進(jìn)化,MC4100單一菌株的子代出現(xiàn)了顯著的分化。進(jìn)行測(cè)序的5個(gè)子代通過(guò)對(duì)不同調(diào)控基因的突變改變了自身的環(huán)境適應(yīng)能力。本論文通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明細(xì)菌在單一選擇壓力下可以通過(guò)不同的調(diào)控基因改變來(lái)適應(yīng)環(huán)境。 【關(guān)鍵詞】：生物信息學(xué) 比較基因組學(xué) 直系同源 重組 虛擬外參 極端嗜酸甲烷氧化菌 大腸桿菌O55:H7 大腸桿菌O157:H7 分子鐘 大腸桿菌K-12MC4100 進(jìn)化
【學(xué)位授予單位】：南開(kāi)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：Q78
【目錄】：

• 摘要5-9
• Abstract9-13
• 目錄13-24
• 第一部分 (Ⅰ)直系同源基因?qū)ふ也呗?/span>24-62
• 第一章 引言25-37
• 第一節(jié) 研究背景介紹25-35
• 1.1.1 直系同源預(yù)測(cè)25-34
• 1.1.1.1 同源性(homology)25-26
• 1.1.1.2 直系同源(orthology)26-27
• 1.1.1.3 旁系同源(paralogy)27
• 1.1.1.4 假直系同源(xenology)27-28
• 1.1.1.5 直系同源的檢測(cè)困難28-30
• 1.1.1.6 直系同源基因的檢測(cè)-成對(duì)檢測(cè)30-32
• 1.1.1.7 直系同源基因的檢測(cè)-進(jìn)化樹(shù)擬合32-34
• 1.1.2 基于同源性的基因預(yù)測(cè)34-35
• 1.1.2.1 同源基因預(yù)測(cè)34-35
• 1.1.2.2 假基因的注釋35
• 第二節(jié) 本項(xiàng)工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性35-37
• 1.2.1 研究目標(biāo)35-36
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容36
• 1.2.3 創(chuàng)新性36-37
• 第二章 材料與方法37-45
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料37-40
• 2.1.1 使用的基因組核酸序列和注釋信息37-38
• 2.1.2 軟件、程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)38-40
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法40-45
• 2.2.1 基于tblastn的基因區(qū)預(yù)測(cè)40-41
• 2.2.2 將潛在同源基因區(qū)域與每個(gè)基因組的原有注釋進(jìn)行比較41
• 2.2.3 將基因組兩兩比較,尋找共直系同源群(co-ortholog group)41-43
• 2.2.4 預(yù)測(cè)新基因以及校正基因起點(diǎn)43
• 2.2.5 通過(guò)隨機(jī)模擬預(yù)測(cè)核心基因組和旁基因組43
• 2.2.6 融合樹(shù)和拓?fù)錁?shù)的計(jì)算43-44
• 2.2.7 基因成分樹(shù)的計(jì)算44-45
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-59
• 第一節(jié) 大腸桿菌中的結(jié)果45-56
• 3.1.1 大腸桿菌中的核心基因45-47
• 3.1.2 全基因組進(jìn)化分析47-52
• 3.1.3 大腸桿菌中的旁基因組52-55
• 3.1.4 對(duì)基因預(yù)測(cè)軟件Glimmer 3.0的研究55
• 3.1.5 大腸桿菌中共有的假基因55-56
• 第二節(jié) 古菌中的結(jié)果56-59
• 3.2.1 古菌中的核心基因56-57
• 3.2.2 古菌中的進(jìn)化關(guān)系57
• 3.2.3 嗜鹽古菌57-59
• 第四章 討論59-61
• 第一節(jié) 注釋對(duì)直系同源比對(duì)的影響59-60
• 4.1.1 預(yù)測(cè)基因過(guò)多59
• 4.1.2 預(yù)測(cè)基因缺失59
• 4.1.3 預(yù)測(cè)基因起點(diǎn)錯(cuò)誤59-60
• 第二節(jié) 基因區(qū)分離對(duì)直系同源比對(duì)的影響60
• 第三節(jié) 大腸桿菌中的進(jìn)化關(guān)系60-61
• 第五章 結(jié)論61-62
• 第二部分 (Ⅱ)重組檢測(cè)和虛擬外參分析方法62-88
• 第一章 引言63-70
• 第一節(jié) 研究背景63-69
• 1.1.1 突變和重組是生物進(jìn)化的兩個(gè)主要?jiǎng)恿?/span>63-65
• 1.1.1.1 突變63
• 1.1.1.2 重組63-65
• 1.1.2 現(xiàn)有的區(qū)分重組與突變的方法主要分為基于進(jìn)化樹(shù)重建和基于突變分布兩種類型65-68
• 1.1.2.1 重組對(duì)進(jìn)化樹(shù)的兩種不同影響65
• 1.1.2.2 基于遺傳學(xué)分析的重組區(qū)劃分方式65-66
• 1.1.2.3 基于堿基替換分布的重組區(qū)劃分方式66
• 1.1.2.4 不同重組區(qū)分方式的比較66-68
• 1.1.3 SNP在世系中的分布68-69
• 1.1.3.1 在序列比對(duì)中,通過(guò)堿基分布情況確定SNP在不同菌株中的分布68
• 1.1.3.2 使用單一外參來(lái)定義進(jìn)化樹(shù)的根68-69
• 第二節(jié) 本工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性69-70
• 1.2.1 研究目標(biāo)69
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容69
• 1.2.2 創(chuàng)新性69-70
• 第二章 材料與方法70-76
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料70-72
• 2.1.1 使用的基因組序列信息70-71
• 2.1.2 軟件、程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)71-72
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法72-76
• 2.2.1 基因組比對(duì)方法72
• 2.2.2 RecDetect分析方法72-74
• 2.2.3 使用模擬數(shù)據(jù)檢驗(yàn)RecDetect方法74
• 2.2.4 Virtual Outgroup分析方法74-76
• 第三章 結(jié)果與分析76-85
• 第一節(jié) RectDetect程序76-83
• 3.1.1 在虛擬數(shù)據(jù)中的驗(yàn)證結(jié)果76-77
• 3.1.2 實(shí)例一:蚜蟲(chóng)共生菌的SNP位點(diǎn)的分布77-78
• 3.1.3 實(shí)例二:利用RecDetect在霍亂弧菌中劃分重組78
• 3.1.4 實(shí)例三:大腸桿菌78
• 3.1.5 實(shí)例四:不動(dòng)桿菌78-83
• 第二節(jié) 虛擬外參83-85
• 3.2.1 應(yīng)用虛擬外參到霍亂弧菌83-84
• 3.2.2 應(yīng)用虛擬外參到大腸桿菌84-85
• 第四章 討論85-87
• 第一節(jié) 區(qū)分重組和突變85
• 第二節(jié) 使用虛擬外參將SNP定位在世系上85-87
• 第五章 結(jié)論87-88
• 第三部分 (Ⅲ)極端嗜酸甲烷氧化菌Methylacidiphilum infernorum V4的全基因組測(cè)序88-113
• 第一章 引言89-92
• 第一節(jié) 研究背景簡(jiǎn)介89-90
• 1.1.1 溫室效應(yīng)和溫室氣體89
• 1.1.2 甲烷利用細(xì)菌89-90
• 1.1.2.1 甲烷利用細(xì)菌的的基本情況89
• 1.1.2.2 甲烷利用途徑89-90
• 1.1.3 疣微菌門(Verrucomicrobia)90
• 第二節(jié) 本項(xiàng)工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性90-92
• 1.2.1 研究目標(biāo)90
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容90-91
• 1.2.3 創(chuàng)新性91-92
• 第二章 材料與方法92-96
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料92-94
• 2.1.1 菌株92-93
• 2.1.2 序列93-94
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法94-96
• 2.2.1 M.infernorum V4的全基因組測(cè)序和拼接94
• 2.2.2 M.infernorum V4的基因組預(yù)測(cè)與注釋94
• 2.2.3 M.infernorum V4中基因的分類94-95
• 2.2.4 M.infernorum V4的進(jìn)化定位95
• 2.2.5 M.infernorum的基因組構(gòu)成95-96
• 第三章 結(jié)果與分析96-112
• 第一節(jié) M.infernorum V4的基因組結(jié)構(gòu)96-97
• 第二節(jié) M.infernorum V4的系統(tǒng)發(fā)育97-102
• 3.2.1 通過(guò)rRNA和核糖體蛋白進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)重建97-99
• 3.2.2 通過(guò)BLAST定位蛋白質(zhì)的種屬99-100
• 3.2.3 M.infernorum的基因構(gòu)成100-101
• 3.2.5 PVC超門的進(jìn)化關(guān)系101-102
• 第三節(jié) M.infernorum V4的特異基因情況102-103
• 第四節(jié) M.infernorum V4的代謝重建和其對(duì)甲基營(yíng)養(yǎng)的特殊適應(yīng)103-112
• 3.4.1 甲基營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的途徑103-107
• 3.4.1.1 甲烷單加氧酶基因103-105
• 3.4.1.2 甲烷氧化途徑105-107
• 3.4.2 核心代謝途徑和它們的改變107-108
• 3.4.3 退化的細(xì)胞分裂機(jī)制108-109
• 3.4.4 M.infernorum對(duì)于酸性環(huán)境的適應(yīng)109-110
• 3.4.5 抗病毒與應(yīng)激系統(tǒng)110-112
• 第四章 結(jié)論112-113
• 第四部分 (Ⅳ)大腸桿菌O55:H7菌株CB9615的全基因組測(cè)序和生物信息學(xué)分析113-143
• 第一章 引言114-120
• 第一節(jié) 研究背景介紹114-117
• 1.1.1 大腸桿菌114-115
• 1.1.1.1 大腸桿菌基本信息114
• 1.1.1.2 大腸桿菌的核心基因組114-115
• 1.1.2 進(jìn)化速率研究115
• 1.1.3 致病大腸桿菌O157:H7和O55:H7115-116
• 1.1.4 ABI 3730測(cè)序116-117
• 1.1.5 從頭測(cè)序與鳥(niǎo)槍法拼接117
• 第二節(jié) 本工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性117-120
• 1.2.1 研究目標(biāo)118
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容118
• 1.2.3 創(chuàng)新性118-120
• 第二章 材料與方法120-125
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料120-121
• 2.1.1 菌株120
• 2.1.2 序列120-121
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法121-125
• 2.2.1 基因組DNA提取121-122
• 2.2.2 基因組測(cè)序122
• 2.2.3 注釋與分析122
• 2.2.4 產(chǎn)生三個(gè)基因組的比較結(jié)果,并確定重組區(qū)122
• 2.2.5 直系同源基因?qū)ふ乙约皩?duì)E.coli/Shgalla基因組的進(jìn)化分析122-123
• 2.2.6 使用虛擬外參將突變定位在某個(gè)世系中123
• 2.2.7 使用虛擬外參分析將重組區(qū)定位在世系中123
• 2.2.8 使用虛擬外參技術(shù)分析缺失插入123-125
• 第三章 結(jié)果與分析125-140
• 第一節(jié) 基因組概述125
• 第二節(jié) 比較基因組學(xué)分析125-129
• 3.2.1 區(qū)分重組和突變事件125-126
• 3.2.2 將突變定位于特定的世系126-128
• 3.2.3 O55:H7和O157:H7的分離時(shí)間128
• 3.2.4 O157:H7和O55:H7世系內(nèi)的分化128-129
• 第三節(jié) 重組129-135
• 3.3.1 O55與O157之間的重組129-132
• 3.3.2 大腸桿菌核心基因組的進(jìn)化132-133
• 3.3.3 對(duì)ExPEC進(jìn)化簇的重組區(qū)分133-135
• 第四節(jié) 插入和缺失135-136
• 3.4.1 O55:H7與O157:H7之間的基因改變135
• 3.4.2 插入缺失主要由噬菌體造成135-136
• 3.4.3 Block 172136
• 第五節(jié) 質(zhì)粒136-138
• 第六節(jié) CB9615和典型EPEC菌株E2348/69的基因組比較138-139
• 第七節(jié) O157:H7和O55:H7的比較蛋白質(zhì)組學(xué)139-140
• 第四章 討論140-142
• 第一節(jié) O55:H7與O157:H7之間的遺傳改變140
• 第二節(jié) 三型分泌系統(tǒng)作用因子140
• 第三節(jié) 重組分離與分子鐘140-142
• 第五章 結(jié)論142-143
• 第五部分 (Ⅴ)大腸桿菌K-12菌株MC4100的全基因組測(cè)序143-169
• 第一章 引言144-154
• 第一節(jié) 研究背景簡(jiǎn)介144-152
• 1.1.1 大腸桿菌K-12簡(jiǎn)述144-145
• 1.1.1.1 大腸桿菌K-12是最主要的實(shí)驗(yàn)室菌株之一144
• 1.1.1.2 大腸桿菌K-12 MG1655是第一個(gè)被測(cè)序的K-12菌株144
• 1.1.1.3 大腸桿菌K-12 W3110與MG1655的比較144-145
• 1.1.1.4 大腸桿菌K-12 DH10B的全基因組145
• 1.1.1.5 大腸桿菌K-12中存在許多遺傳改變145
• 1.1.2 大腸桿菌K-12 MC4100145-146
• 1.1.2.1 大腸桿菌K-12 MC4100的歷史145-146
• 1.1.2.2 大腸桿菌K-12 MC4100與MG1655的基因型和表型差異146
• 1.1.3 高通量測(cè)序法146-149
• 1.1.3.1 高通量測(cè)序的歷史146-148
• 1.1.3.2 Roche 454和Solexa是目前的主流測(cè)序技術(shù)148
• 1.1.3.3 Roche 454 GS FLX測(cè)序技術(shù)簡(jiǎn)介148-149
• 1.1.4 基于de Bruijin圖的高通量測(cè)序拼接技術(shù)149-152
• 第二節(jié) 本工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性152-154
• 1.2.1 研究目標(biāo)152
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容152-153
• 1.2.3 創(chuàng)新性153-154
• 第二章 材料與方法154-159
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料154-156
• 2.1.1 菌株154
• 2.1.2 序列154-155
• 2.1.3 軟件、程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)155-156
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法156-159
• 2.1.1 BW2952的全基因測(cè)序與拼接156-157
• 2.1.1.1 BW2952基因組DNA的提取156
• 2.1.1.2 Roche 454 FLX測(cè)序156
• 2.1.1.3 ABI 3730測(cè)序156-157
• 2.1.1.4 Roche 454測(cè)序結(jié)果的拼接157
• 2.1.1.5 使用phrap進(jìn)行雜交拼接157
• 2.1.2 注釋與分析157-158
• 2.1.2.1 基因預(yù)測(cè)與基因注釋157-158
• 2.1.2.2 產(chǎn)生SNP圖158
• 2.1.2.3 重組區(qū)預(yù)測(cè)與SNP定位158
• 2.1.3 rssAB擴(kuò)增158-159
• 第三章 結(jié)果與分析159-167
• 第一節(jié) 基因組主要特點(diǎn)159
• 3.1.1 MC4100(MuLac)基因組測(cè)序結(jié)果159
• 第二節(jié) K-12的比較基因組學(xué)分析159-165
• 3.2.1 四個(gè)K-12基因組之間的主要區(qū)別159-161
• 3.2.2 K-12基因組中非編碼RNA的差異161
• 3.2.3 K-12基因組中的SNP差異161-165
• 3.2.3.1 SNP的人為定義161
• 3.2.3.2 重組區(qū)161-162
• 3.2.3.3 繪制SNP比對(duì)圖162
• 3.2.3.4 SNP的詳細(xì)分析162-163
• 3.2.3.5 將SNP定位至不同世系163-164
• 3.2.3.6 不同世系中SNP的差異164-165
• 第三節(jié) BW2952中遺傳改變與表型的關(guān)系165-166
• 3.3.1 BW2952中特異的堿基改變165
• 3.3.1 堿基改變?cè)斐傻谋硇筒町?/span>165-166
• 第四節(jié) λplacMu50載體的全序列166-167
• 第四章 討論167-168
• 第一節(jié) K-12實(shí)驗(yàn)室菌株中的遺傳區(qū)別167
• 第二節(jié) 遺傳改變的不可控和對(duì)試驗(yàn)的影響167-168
• 第五章 結(jié)論168-169
• 第六部分 (Ⅵ)大腸桿菌K-12菌株MC4100衍生菌株的全基因組測(cè)序169-190
• 第一章 引言170-175
• 第一節(jié) 研究背景簡(jiǎn)介170-173
• 1.1.1 進(jìn)化的多樣性170-171
• 1.1.1.1 多樣性進(jìn)化的各種解釋170-171
• 1.1.2 基因調(diào)控改變?cè)斐蛇M(jìn)化飛躍171-172
• 1.1.3 無(wú)機(jī)磷酸鹽限制條件下細(xì)菌的調(diào)控變化172
• 1.1.4 Solexa測(cè)序技術(shù)簡(jiǎn)介172-173
• 第二節(jié) 本項(xiàng)工作的研究目標(biāo)、內(nèi)容和創(chuàng)新性173-175
• 1.2.1 研究目標(biāo)173
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容173-174
• 1.2.3 創(chuàng)新性174-175
• 第二章 材料與方法175-178
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)材料175-176
• 2.1.1 菌株175-176
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)方法176-178
• 2.2.1 Solexa Paired-end樣品制備176
• 2.2.2 Solexa雙末端測(cè)序176-177
• 2.2.3 基于參照基因組的序列拼接177-178
• 第三章 結(jié)果與分析178-186
• 第一節(jié) Pi限制恒化器中共存分離株的分離及其區(qū)別178-181
• 第二節(jié) hfq突變的適應(yīng)性181-182
• 3.2.1 hfq突變的基本情況181
• 3.2.2 hfq突變的檢驗(yàn)181-182
• 第三節(jié) rpoS突變的適應(yīng)性182-184
• 3.3.1 rpoS基因突變的情況182-183
• 3.3.2 rpoS基因突變的校驗(yàn)183-184
• 第四節(jié) spoT突變后的適應(yīng)性184
• 第五節(jié) hfq、spoT和rpoS突變適應(yīng)的共性184-186
• 第四章 討論186-189
• 第一節(jié) MC4100衍生株上的突變186
• 第二節(jié) 調(diào)控突變186
• 第三節(jié) 應(yīng)激/營(yíng)養(yǎng)平衡是多樣化的驅(qū)動(dòng)力186-187
• 第四節(jié) 動(dòng)態(tài)的變異187
• 第五節(jié) 恒定環(huán)境下的多種適應(yīng)187-189
• 第五章 結(jié)論189-190
• 參考文獻(xiàn)190-208
• 致謝208-209
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果209-210

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