苔海绵和叶片山海绵转录组的拼接、注释和分子标记挖掘

【摘要】作为最原始的多细胞生物,海绵(多孔动物门,Porifera)已经在地球上生存了至少6亿年。自出现以来,海绵一直在生态系统方面扮演重要角色。近年来,海绵作为具有生物活性海洋天然产物的主要来源得到了广泛研究。此外,海绵骨针的特性及其生长机制和生物矿化过程也是研究热点。人们普遍认为海绵是现存最古老的多细胞种系,因此它在多细胞分化研究中的地位举足轻重。虽然海绵可被利用的价值如此之高,但是关于海绵的基础研究依然非常薄弱。随着测序技术的迅猛发展,转录组作为一种有力的研究手段,已被广泛地运用到数以千计个物种的研究中。目前关于海绵转录组的研究有两篇报道,它们关注的焦点均是找出一批与海绵生活史相关的基因。转录组不仅可以用来获取反映特定生理状态的基因,还可用于开发新的分子标记。单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorphism,SNP)是指在DNA序列上,同一位点的不同等位基因之间核苷酸的差异,属于第三代DNA分子标记。通过分析编码序列区域的SNP,可以计算非同义替代率与同义替代率的比值(SNPA/S),进而研究物种的功能基因的选择压力。本研究利用IlluminaHiseq2000对苔海绵和叶片山海绵的转录组进行高通量测序,并对这两个转录组进行从头拼接。得到两种海绵的unigene后,利用SwissProt蛋白数据库和大堡礁海绵蛋白数据库对转录组进行基因注释,并用GO条目进行功能注释。通过GO注释,本文比较了苔海绵、叶片山海绵、大堡礁海绵和地中海海绵转录组在生化过程、分子功能和细胞组分三方面的异同。从GO条目种类及每个条目的相对比例来看,四种海绵转录组的组成和结构彼此相近。此外,本文还利用这4种海绵的转录组挖掘出36个直系同源基因。根据基因注释分析,这些同源基因可被细分成8大类。直系同源基因可被进一步开发成为新的分子标记,用于寻常海绵纲海绵的分类鉴定。最后,本研究通过对苔海绵和叶片山海绵基因编码区的SNP分析,得到一批受到分歧选择的基因,并比较了不同GO功能条目下的基因的进化速率。为比较不同环境对海绵基因的选择作用,本研究还分析了生活在地中海西部海域的地中海海绵转录组的SNP及SNPA/S。三种海绵中,叶片山海绵的SNP密度最大,地中海海绵的SNP密度最小,推测叶片山海绵的本地群体更大或形成时间更长。地中海海绵的平均SNPA/S大于苔海绵和叶片山海绵,说明地中海海绵受到的纯化选择压比另外两种海绵小。苔海绵和叶片山海绵的平均SNPA/S相近,这可能是因为这两种海绵生态位相近,受到的选择压相近。在三种海绵SNPA/S大于1的基因中均发现与免疫相关的基因。在苔海绵SNPA/S大于1的基因中发现8个来自病毒的序列。在三种海绵受到正选择压的基因中,约有1/3的序列与多细胞化基因相关。本研究首次实现不同海绵在转录组水平上的比较以及大规模的海绵SNP分析。本研究利用SNPA/S揭示海绵功能基因的进化历程,为后续研究海绵的分子进化和分子遗传学等研究奠定了基础。
【作者】江宠颐；
【导师】陈军；
【作者基本信息】厦门大学，海洋生物学，2014，硕士
【关键词】生物信息学；海绵转录组；比较转录组学；直系同源基因；SNPA/S；

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