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李斯特菌的多基因家族生长衰亡研究进展
Gene 427 (2008) 124–128
基因组进化中,一个基因通过基因重复产生了两个或更多的拷贝,这些基因即构成一个基因家族。
细菌的基因家族:
在前基因组时代,细菌被认为是被大大改进了的细胞,它们的基因组被认为只包含很少的冗余信息。但是当细菌的基因组被一个一个的测序之后,人们奇怪的发现,细菌基因组中包含大量的基因家族。
在进化的过程中基因家族的大小在不断变化着,它会扩增或缩小,
但是,影响它变化的因素却一直不清楚。
基因家族是怎样产生的呢?它可能是通过基因加倍或者基因水平转移产生的,在真核生物中,基因家族被认为主要是由基因加倍产生的,在原核生物中,还不清楚,这个两者各自影响基因组进化的程度。
通过这篇文章的分析,作者认为,基因家族多半是横向传递的。
多基因家族产生与衰亡进展模型描述了其家族基因的起源,变化,消失模式。 早在1990年代它首次被发现时,这个模型就被构建描述大量的真核多基因家族。
在本文中,首次对一个细菌的多基因家族从产生到死亡过程进行研究。通过分析一个与李斯特菌毒性作用相关的关键基因家族(大,很多种类基因)的进化过程,证明了,产生与衰亡进化过程对这种重要细菌病原体多样性发挥的重大作用。同时,发现2例内部横向基因迁移,但估计频率将会比上下文没有分析的产生衰亡过程现象paralogsorting和动力学高得多。它包括了在生物进化时或者之后的传送不对等基因重复。因此,证明了第一个细菌多基因家族的生长死亡过程,结果也就可以再证实得细菌多基因家族横向迁移的长度。
研究多基因家族进化过程的首要问题是明白基因重复机制,基因重复如何起始,多样化,恶化的过程。生长死亡进化过程模型有效描述多基因家族扩张,紧缩,变化多样性进化动力学。它包括基因家族在微观上的复制,之后的缺失或维护。生长死亡进化过程证明的结果是,假如有足够时间使基因复制或者同源染色体分散到不同的染色体组内,种间基因簇模式将表征多基因家族种系发生。与协同进化模型相比较而言,基因家族并不是独立进化的。恰恰相反,当一个家族内发生突变,它将会使所有的成员基因都突变,通过一个类似基因不等交换或者全部基因转变均化的过程。正如基因均化的过程,也存在着一种特殊基因家族发展的结果。
生物学家对这个过程产生了很大的兴趣,它是一个因基因复制而获得了新的功能或衰弱,消失的过程。没有认识到基因缺失的重要性就不能很好的理解在基因家族发展中的横向转移。
有趣的是,目前没有任何发表关于细菌多基因家族生长进化发展中的横向转移过程假设。而此次的模型也精确解释了基因家族大小和转运,还有基因多样性。
李斯特氏菌病主要是由单核细胞增多性李斯特氏菌(LM 菌)引起的一种有较高的致死率的人畜共患病。自1926年Murray等首次分离到本菌后,现已呈世界性分布。本菌可引起人和动物不同类型的李斯特氏菌病,如脑膜炎、坏死性心肌炎及坏死性肝炎、流产、败血症等。李斯特氏菌属,当前已认识6种格兰氏阳性菌,包括LMO,这种已广泛研究能引起食源性疾病致死的菌,并将其作为一种细胞内发病与调停机理的病原菌。LMO,包括了23-29个内部基因,在致病交感蛋白上有很多亮氨酸领域。InlA 和InlB蛋白直接影响LMO的毒性,是关键毒性蛋白。
此次研究目的是,检查李斯特多基因家族长期进化模型和其它有关系的决定性基因。
(1),是否当家族发展进化在产生衰亡过程下?
(2),是否横向转运的广度解释了种类分布?
材料和方法
基因源菌株:LMO EGD-e(NC_003210),
LMO F2365 (NC_002973),
L. innocua(NC_003212),
L. welshimeri (NC_008555),
B. cereus (NC_004722),
Chlorobium tepidum (NC_002932)
一系列研究使用基因组LMO EGD-e inlA 和inlB推出氨基酸序列。 基因相似度30%和特别编译用的10-5个基因。在基因银行里的数据库里用LMO的inlA和inlB 识别不同种的inl和inl相关基因。
以CLUSTAL-X推出所有氨基酸序列(长度大概在250~1000左右的氨基酸残基)MEGA 3.1程序用以构建相邻氨基酸的距离。
MR. BAYES 3.1.1程序构建贝叶斯框架。我们在每14,000,000个中取样100,直到分离率降至1%下。
结果与讨论
多基因家族生长衰亡进化过程同样在其它细菌微生物中存在,如寄生虫,真菌,病毒。在我们的研究中,这种种间类似明显在Fig.1上,它也有似细菌的多基
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