| 摘要 | 第1-9页 |
| Abstract | 第9-13页 |
| 目录 | 第13-24页 |
| 第一部分 (Ⅰ)直系同源基因寻找策略 | 第24-62页 |
| 第一章 引言 | 第25-37页 |
| 第一节 研究背景介绍 | 第25-35页 |
| ·直系同源预测 | 第25-34页 |
| ·同源性(homology) | 第25-26页 |
| ·直系同源(orthology) | 第26-27页 |
| ·旁系同源(paralogy) | 第27页 |
| ·假直系同源(xenology) | 第27-28页 |
| ·直系同源的检测困难 | 第28-30页 |
| ·直系同源基因的检测-成对检测 | 第30-32页 |
| ·直系同源基因的检测-进化树拟合 | 第32-34页 |
| ·基于同源性的基因预测 | 第34-35页 |
| ·同源基因预测 | 第34-35页 |
| ·假基因的注释 | 第35页 |
| 第二节 本项工作的研究目标、内容和创新性 | 第35-37页 |
| ·研究目标 | 第35-36页 |
| ·研究内容 | 第36页 |
| ·创新性 | 第36-37页 |
| 第二章 材料与方法 | 第37-45页 |
| 第一节 实验材料 | 第37-40页 |
| ·使用的基因组核酸序列和注释信息 | 第37-38页 |
| ·软件、程序以及数据库 | 第38-40页 |
| 第二节 实验方法 | 第40-45页 |
| ·基于tblastn的基因区预测 | 第40-41页 |
| ·将潜在同源基因区域与每个基因组的原有注释进行比较 | 第41页 |
| ·将基因组两两比较,寻找共直系同源群(co-ortholog group) | 第41-43页 |
| ·预测新基因以及校正基因起点 | 第43页 |
| ·通过随机模拟预测核心基因组和旁基因组 | 第43页 |
| ·融合树和拓扑树的计算 | 第43-44页 |
| ·基因成分树的计算 | 第44-45页 |
| 第三章 实验结果 | 第45-59页 |
| 第一节 大肠杆菌中的结果 | 第45-56页 |
| ·大肠杆菌中的核心基因 | 第45-47页 |
| ·全基因组进化分析 | 第47-52页 |
| ·大肠杆菌中的旁基因组 | 第52-55页 |
| ·对基因预测软件Glimmer 3.0的研究 | 第55页 |
| ·大肠杆菌中共有的假基因 | 第55-56页 |
| 第二节 古菌中的结果 | 第56-59页 |
| ·古菌中的核心基因 | 第56-57页 |
| ·古菌中的进化关系 | 第57页 |
| ·嗜盐古菌 | 第57-59页 |
| 第四章 讨论 | 第59-61页 |
| 第一节 注释对直系同源比对的影响 | 第59-60页 |
| ·预测基因过多 | 第59页 |
| ·预测基因缺失 | 第59页 |
| ·预测基因起点错误 | 第59-60页 |
| 第二节 基因区分离对直系同源比对的影响 | 第60页 |
| 第三节 大肠杆菌中的进化关系 | 第60-61页 |
| 第五章 结论 | 第61-62页 |
| 第二部分 (Ⅱ)重组检测和虚拟外参分析方法 | 第62-88页 |
| 第一章 引言 | 第63-70页 |
| 第一节 研究背景 | 第63-69页 |
| ·突变和重组是生物进化的两个主要动力 | 第63-65页 |
| ·突变 | 第63页 |
| ·重组 | 第63-65页 |
| ·现有的区分重组与突变的方法主要分为基于进化树重建和基于突变分布两种类型 | 第65-68页 |
| ·重组对进化树的两种不同影响 | 第65页 |
| ·基于遗传学分析的重组区划分方式 | 第65-66页 |
| ·基于碱基替换分布的重组区划分方式 | 第66页 |
| ·不同重组区分方式的比较 | 第66-68页 |
| ·SNP在世系中的分布 | 第68-69页 |
| ·在序列比对中,通过碱基分布情况确定SNP在不同菌株中的分布 | 第68页 |
| ·使用单一外参来定义进化树的根 | 第68-69页 |
| 第二节 本工作的研究目标、内容和创新性 | 第69-70页 |
| ·研究目标 | 第69页 |
| ·研究内容 | 第69页 |
| ·创新性 | 第69-70页 |
| 第二章 材料与方法 | 第70-76页 |
| 第一节 实验材料 | 第70-72页 |
| ·使用的基因组序列信息 | 第70-71页 |
| ·软件、程序以及数据库 | 第71-72页 |
| 第二节 实验方法 | 第72-76页 |
| ·基因组比对方法 | 第72页 |
| ·RecDetect分析方法 | 第72-74页 |
| ·使用模拟数据检验RecDetect方法 | 第74页 |
| ·Virtual Outgroup分析方法 | 第74-76页 |
| 第三章 结果与分析 | 第76-85页 |
| 第一节 RectDetect程序 | 第76-83页 |
| ·在虚拟数据中的验证结果 | 第76-77页 |
| ·实例一:蚜虫共生菌的SNP位点的分布 | 第77-78页 |
| ·实例二:利用RecDetect在霍乱弧菌中划分重组 | 第78页 |
| ·实例三:大肠杆菌 | 第78页 |
| ·实例四:不动杆菌 | 第78-83页 |
| 第二节 虚拟外参 | 第83-85页 |
| ·应用虚拟外参到霍乱弧菌 | 第83-84页 |
| ·应用虚拟外参到大肠杆菌 | 第84-85页 |
| 第四章 讨论 | 第85-87页 |
| 第一节 区分重组和突变 | 第85页 |
| 第二节 使用虚拟外参将SNP定位在世系上 | 第85-87页 |
| 第五章 结论 | 第87-88页 |
| 第三部分 (Ⅲ)极端嗜酸甲烷氧化菌Methylacidiphilum infernorum V4的全基因组测序 | 第88-113页 |
| 第一章 引言 | 第89-92页 |
| 第一节 研究背景简介 | 第89-90页 |
| ·温室效应和温室气体 | 第89页 |
| ·甲烷利用细菌 | 第89-90页 |
| ·甲烷利用细菌的的基本情况 | 第89页 |
| ·甲烷利用途径 | 第89-90页 |
| ·疣微菌门(Verrucomicrobia) | 第90页 |
| 第二节 本项工作的研究目标、内容和创新性 | 第90-92页 |
| ·研究目标 | 第90页 |
| ·研究内容 | 第90-91页 |
| ·创新性 | 第91-92页 |
| 第二章 材料与方法 | 第92-96页 |
| 第一节 实验材料 | 第92-94页 |
| ·菌株 | 第92-93页 |
| ·序列 | 第93-94页 |
| 第二节 实验方法 | 第94-96页 |
| ·M.infernorum V4的全基因组测序和拼接 | 第94页 |
| ·M.infernorum V4的基因组预测与注释 | 第94页 |
| ·M.infernorum V4中基因的分类 | 第94-95页 |
| ·M.infernorum V4的进化定位 | 第95页 |
| ·M.infernorum的基因组构成 | 第95-96页 |
| 第三章 结果与分析 | 第96-112页 |
| 第一节 M.infernorum V4的基因组结构 | 第96-97页 |
| 第二节 M.infernorum V4的系统发育 | 第97-102页 |
| ·通过rRNA和核糖体蛋白进行进化树重建 | 第97-99页 |
| ·通过BLAST定位蛋白质的种属 | 第99-100页 |
| ·M.infernorum的基因构成 | 第100-101页 |
| ·PVC超门的进化关系 | 第101-102页 |
| 第三节 M.infernorum V4的特异基因情况 | 第102-103页 |
| 第四节 M.infernorum V4的代谢重建和其对甲基营养的特殊适应 | 第103-112页 |
| ·甲基营养相关的途径 | 第103-107页 |
| ·甲烷单加氧酶基因 | 第103-105页 |
| ·甲烷氧化途径 | 第105-107页 |
| ·核心代谢途径和它们的改变 | 第107-108页 |
| ·退化的细胞分裂机制 | 第108-109页 |
| ·M.infernorum对于酸性环境的适应 | 第109-110页 |
| ·抗病毒与应激系统 | 第110-112页 |
| 第四章 结论 | 第112-113页 |
| 第四部分 (Ⅳ)大肠杆菌O55:H7菌株CB9615的全基因组测序和生物信息学分析 | 第113-143页 |
| 第一章 引言 | 第114-120页 |
| 第一节 研究背景介绍 | 第114-117页 |
| ·大肠杆菌 | 第114-115页 |
| ·大肠杆菌基本信息 | 第114页 |
| ·大肠杆菌的核心基因组 | 第114-115页 |
| ·进化速率研究 | 第115页 |
| ·致病大肠杆菌O157:H7和O55:H7 | 第115-116页 |
| ·ABI 3730测序 | 第116-117页 |
| ·从头测序与鸟枪法拼接 | 第117页 |
| 第二节 本工作的研究目标、内容和创新性 | 第117-120页 |
| ·研究目标 | 第118页 |
| ·研究内容 | 第118页 |
| ·创新性 | 第118-120页 |
| 第二章 材料与方法 | 第120-125页 |
| 第一节 实验材料 | 第120-121页 |
| ·菌株 | 第120页 |
| ·序列 | 第120-121页 |
| 第二节 实验方法 | 第121-125页 |
| ·基因组DNA提取 | 第121-122页 |
| ·基因组测序 | 第122页 |
| ·注释与分析 | 第122页 |
| ·产生三个基因组的比较结果,并确定重组区 | 第122页 |
| ·直系同源基因寻找以及对E.coli/Shgalla基因组的进化分析 | 第122-123页 |
| ·使用虚拟外参将突变定位在某个世系中 | 第123页 |
| ·使用虚拟外参分析将重组区定位在世系中 | 第123页 |
| ·使用虚拟外参技术分析缺失插入 | 第123-125页 |
| 第三章 结果与分析 | 第125-140页 |
| 第一节 基因组概述 | 第125页 |
| 第二节 比较基因组学分析 | 第125-129页 |
| ·区分重组和突变事件 | 第125-126页 |
| ·将突变定位于特定的世系 | 第126-128页 |
| ·O55:H7和O157:H7的分离时间 | 第128页 |
| ·O157:H7和O55:H7世系内的分化 | 第128-129页 |
| 第三节 重组 | 第129-135页 |
| ·O55与O157之间的重组 | 第129-132页 |
| ·大肠杆菌核心基因组的进化 | 第132-133页 |
| ·对ExPEC进化簇的重组区分 | 第133-135页 |
| 第四节 插入和缺失 | 第135-136页 |
| ·O55:H7与O157:H7之间的基因改变 | 第135页 |
| ·插入缺失主要由噬菌体造成 | 第135-136页 |
| ·Block 172 | 第136页 |
| 第五节 质粒 | 第136-138页 |
| 第六节 CB9615和典型EPEC菌株E2348/69的基因组比较 | 第138-139页 |
| 第七节 O157:H7和O55:H7的比较蛋白质组学 | 第139-140页 |
| 第四章 讨论 | 第140-142页 |
| 第一节 O55:H7与O157:H7之间的遗传改变 | 第140页 |
| 第二节 三型分泌系统作用因子 | 第140页 |
| 第三节 重组分离与分子钟 | 第140-142页 |
| 第五章 结论 | 第142-143页 |
| 第五部分 (Ⅴ)大肠杆菌K-12菌株MC4100的全基因组测序 | 第143-169页 |
| 第一章 引言 | 第144-154页 |
| 第一节 研究背景简介 | 第144-152页 |
| ·大肠杆菌K-12简述 | 第144-145页 |
| ·大肠杆菌K-12是最主要的实验室菌株之一 | 第144页 |
| ·大肠杆菌K-12 MG1655是第一个被测序的K-12菌株 | 第144页 |
| ·大肠杆菌K-12 W3110与MG1655的比较 | 第144-145页 |
| ·大肠杆菌K-12 DH10B的全基因组 | 第145页 |
| ·大肠杆菌K-12中存在许多遗传改变 | 第145页 |
| ·大肠杆菌K-12 MC4100 | 第145-146页 |
| ·大肠杆菌K-12 MC4100的历史 | 第145-146页 |
| ·大肠杆菌K-12 MC4100与MG1655的基因型和表型差异 | 第146页 |
| ·高通量测序法 | 第146-149页 |
| ·高通量测序的历史 | 第146-148页 |
| ·Roche 454和Solexa是目前的主流测序技术 | 第148页 |
| ·Roche 454 GS FLX测序技术简介 | 第148-149页 |
| ·基于de Bruijin图的高通量测序拼接技术 | 第149-152页 |
| 第二节 本工作的研究目标、内容和创新性 | 第152-154页 |
| ·研究目标 | 第152页 |
| ·研究内容 | 第152-153页 |
| ·创新性 | 第153-154页 |
| 第二章 材料与方法 | 第154-159页 |
| 第一节 实验材料 | 第154-156页 |
| ·菌株 | 第154页 |
| ·序列 | 第154-155页 |
| ·软件、程序以及数据库 | 第155-156页 |
| 第二节 实验方法 | 第156-159页 |
| ·BW2952的全基因测序与拼接 | 第156-157页 |
| ·BW2952基因组DNA的提取 | 第156页 |
| ·Roche 454 FLX测序 | 第156页 |
| ·ABI 3730测序 | 第156-157页 |
| ·Roche 454测序结果的拼接 | 第157页 |
| ·使用phrap进行杂交拼接 | 第157页 |
| ·注释与分析 | 第157-158页 |
| ·基因预测与基因注释 | 第157-158页 |
| ·产生SNP图 | 第158页 |
| ·重组区预测与SNP定位 | 第158页 |
| ·rssAB扩增 | 第158-159页 |
| 第三章 结果与分析 | 第159-167页 |
| 第一节 基因组主要特点 | 第159页 |
| ·MC4100(MuLac)基因组测序结果 | 第159页 |
| 第二节 K-12的比较基因组学分析 | 第159-165页 |
| ·四个K-12基因组之间的主要区别 | 第159-161页 |
| ·K-12基因组中非编码RNA的差异 | 第161页 |
| ·K-12基因组中的SNP差异 | 第161-165页 |
| ·SNP的人为定义 | 第161页 |
| ·重组区 | 第161-162页 |
| ·绘制SNP比对图 | 第162页 |
| ·SNP的详细分析 | 第162-163页 |
| ·将SNP定位至不同世系 | 第163-164页 |
| ·不同世系中SNP的差异 | 第164-165页 |
| 第三节 BW2952中遗传改变与表型的关系 | 第165-166页 |
| ·BW2952中特异的碱基改变 | 第165页 |
| ·碱基改变造成的表型差异 | 第165-166页 |
| 第四节 λplacMu50载体的全序列 | 第166-167页 |
| 第四章 讨论 | 第167-168页 |
| 第一节 K-12实验室菌株中的遗传区别 | 第167页 |
| 第二节 遗传改变的不可控和对试验的影响 | 第167-168页 |
| 第五章 结论 | 第168-169页 |
| 第六部分 (Ⅵ)大肠杆菌K-12菌株MC4100衍生菌株的全基因组测序 | 第169-190页 |
| 第一章 引言 | 第170-175页 |
| 第一节 研究背景简介 | 第170-173页 |
| ·进化的多样性 | 第170-171页 |
| ·多样性进化的各种解释 | 第170-171页 |
| ·基因调控改变造成进化飞跃 | 第171-172页 |
| ·无机磷酸盐限制条件下细菌的调控变化 | 第172页 |
| ·Solexa测序技术简介 | 第172-173页 |
| 第二节 本项工作的研究目标、内容和创新性 | 第173-175页 |
| ·研究目标 | 第173页 |
| ·研究内容 | 第173-174页 |
| ·创新性 | 第174-175页 |
| 第二章 材料与方法 | 第175-178页 |
| 第一节 实验材料 | 第175-176页 |
| ·菌株 | 第175-176页 |
| 第二节 实验方法 | 第176-178页 |
| ·Solexa Paired-end样品制备 | 第176页 |
| ·Solexa双末端测序 | 第176-177页 |
| ·基于参照基因组的序列拼接 | 第177-178页 |
| 第三章 结果与分析 | 第178-186页 |
| 第一节 Pi限制恒化器中共存分离株的分离及其区别 | 第178-181页 |
| 第二节 hfq突变的适应性 | 第181-182页 |
| ·hfq突变的基本情况 | 第181页 |
| ·hfq突变的检验 | 第181-182页 |
| 第三节 rpoS突变的适应性 | 第182-184页 |
| ·rpoS基因突变的情况 | 第182-183页 |
| ·rpoS基因突变的校验 | 第183-184页 |
| 第四节 spoT突变后的适应性 | 第184页 |
| 第五节 hfq、spoT和rpoS突变适应的共性 | 第184-186页 |
| 第四章 讨论 | 第186-189页 |
| 第一节 MC4100衍生株上的突变 | 第186页 |
| 第二节 调控突变 | 第186页 |
| 第三节 应激/营养平衡是多样化的驱动力 | 第186-187页 |
| 第四节 动态的变异 | 第187页 |
| 第五节 恒定环境下的多种适应 | 第187-189页 |
| 第五章 结论 | 第189-190页 |
| 参考文献 | 第190-208页 |
| 致谢 | 第208-209页 |
| 作者简介及科研成果 | 第209-210页 |
