模式微生物基因组学.ppt

一个重要的引起人们兴趣的问题在于对决定多细胞生命的功能的理解。什么样的蛋白序列和结构域参与了特定的细胞活动，这些活动是多细胞生物特有的，并可能对多细胞生命的起源有作用。第126页,共135页，星期六，2024年，5月在对酵母和线虫的预测蛋白的计算机比较研究中，Chervitz及其合作者发现，许多参与信号转导和调节控制特定活动的已知或者预测的基因在酵母中没有同源物，但有时这些基因含有酵母和线虫中共有蛋白结构域的编码序列。多细胞生物特有的生命活动，如基因表达调控和信号转导，都是由特定的蛋白质进行的，这些蛋白与负责核心活动的蛋白有显著的差异。第127页,共135页，星期六，2024年，5月线虫和酵母蛋白质的比较分析揭示了一些范例，如创造新的结构域、可利用具有特殊信号传导功能的蛋白，对其进行结构域重排（domainshuffling）并对这些变化进行复制。此外，多细胞生命的复杂程度与相对少但很重要的一组调控和信号转导结构域有关，这些结构域只能在C.elegans中找到，在S.cerevisiae中则没有被发现。第128页,共135页，星期六，2024年，5月果蝇、线虫和酵母的比较基因组学有研究报道从细胞、发育和进化过程的角度比较了D.melanogaster、C.elegans和S.cerevisiae基因组中编码的蛋白。运用计算机信息学方法确定了果蝇、线虫和酵母的核心蛋白质组，核心蛋白质组是一个生物中众多的不同类型的蛋白质家族。第129页,共135页，星期六，2024年，5月复杂的线虫D.melanogaster的核心蛋白质组（8065种蛋白）只是简单的单细胞真核生物酵母（4383种蛋白）的核心蛋白质组的2倍。另外，果蝇和线虫在发育和形态上的巨大差异并非因为它们核心蛋白质组的大小的不同（分别为8065和9453种蛋白）。事实上，这是在基因组比较研究中出现的一个主要的问题，不同的线虫的复杂程度并不是通过拥有成比例的更多的基因或者分子成分来达到的。第130页,共135页，星期六，2024年，5月研究发现果蝇、线虫和酵母共同拥有一组蛋白，这组蛋白很可能在所有的真核细胞中行使基础功能。将近20%的D.melanogaster蛋白，在C.elegans和S.cerevisiae中都有一个推定的同源物。另外，744个蛋白家族或结构域是3种生物共同拥有的。果蝇和线虫中的多结构域蛋白被认为比起酵母的相应蛋白复杂得多。第131页,共135页，星期六，2024年，5月C.elegans和S.cerevisiae含有相似数目的可识别的多结构域蛋白（分别是2130和2261），而相比之下酵母拥有很少的多结构域蛋白（672）。这个差异很大一部分因为参与信号传导途径（即，细胞-细胞和细胞-基质的相互作用）的细胞外结构域的存在，而这是多细胞生物的特点。第132页,共135页，星期六，2024年，5月基因组比较研究发现了一类类胰岛素（S1）肽酶在果蝇中很多（199个S1肽酶），而在线虫和酵母中分别只有7个和1个。在人类中，胰岛素相关的肽酶有多种功能，如多个信号转导途径和消化作用，在果蝇中它们的功能可能是相似的。第133页,共135页，星期六，2024年，5月人们推测，计算机比较基因组分析将在多个重要方向上改进我们对多细胞生命分子基础的理解。这些计算机研究也可以为我们设计生化和遗传实验奠定基础，来验证在基因组水平上观察到的差异所具有的生物意义。第134页,共135页，星期六，2024年，5月谢谢第135页,共135页，星期六，2024年，5月对基因缺失的酵母菌株的表型研究表明，17%的缺失的ORFs对在丰富培养基上生长的酵母是必需的，基因缺失的菌株中40%在丰富或基本培养基上表现出可被测定的生长缺陷。在丰富培养基上生长不良的突变株一般在基本培养基上生长得也不好，很少有例外。第94页,共135页，星期六，2024年，5月在另一个研究中，研究者分析了在好氧和厌氧条件下恒化培养的S.cerevisiae的基因组范围的转录图谱。观察到在好氧和厌氧条件下大多数酵母基因的表达图谱是相似的。为适应好氧条件，只有219个基因的转录加强了3倍以上；而为了适应厌氧条件，140个基因在转录水平上增强了3倍以上。第95页,共135页，星期六，2024年，5月许多好氧和厌氧诱导基因的生理作用还不是很清楚，需要进一步的研究来确定功能。比较基于微阵列的野生型的S.cerevisiae在不同生长条件下的转录图谱，人们仍没有精确描述指示代谢重规划的转录调控的分子机制。需要运用影响关键转录调节因子活动的遗传突变，连同其他功能基因组的工具，来解析控制细胞生长的调控途径和网络。第96页,共135页，星期六，2024年，5