中国北方粳稻基于SNPs的遗传结构分析和主要农艺性状的变化

为探索"理想株型"和"籼粳杂交"优势利用理论对现代粳稻育成品种的基因组构成和产量结构、生理形态特征及中国北方粳稻高产育种实践的影响,以中国北方3个不同育种时期及来源粳稻样本(现代粳稻育成品种、早期粳稻和外来粳稻)为试材,基于189个SNPs位点的变异,对中国北方粳稻的群体遗传多样性、群体结构以及主要农艺性状的变化进行了分析。结果表明,中国北方育种家通过将籼稻血缘和国外资源引入原有粳稻,在通过回交、复交等育种方法并加之人工和自然选择过程中,大量与不利性状相关的等位基因被淘汰,致使中国北方现代粳稻品种功能基因水平上的遗传多样性显著降低,群体遗传多样性指数由高到低分别为:外来品种、早期品种、现代品种;通过育种家人为选择与生态环境压力下,现代粳稻从传统粳稻中分离出来,形成了独立的遗传结构;中国北方现代粳稻育成品种比早期耕种农家品种和外来粳稻分别增产38.13%,11.12%,产量极显著高于早期粳稻。这主要得益于形态方面的株型改良,叶片变短、变宽、穗变短、变直立以及高光能利用率及产量结构的调整:穗粒数显著增加(增幅20%),结实率提高6%~10%。分析育种行为对中国北方粳稻遗传多样性、群体结构和主要农艺性状变化的影响,为育种工作提供参考。

鸡胰岛素样生长因子2基因(IGF2)外显子区功能性SNP预测与分析

旨在采用生物信息学方法筛选鸡IGF2基因中具有潜在生物学功能的非同义单核苷酸多态性(non-synonymous single nucleotide polymorphisms,nsSNPs)位点,为开展标记辅助选择改良鸡重要经济性状提供理论参考。本研究从dbSNP数据库中检索出鸡IGF2基因的12个nsSNPs位点,利用生物信息学软件SIFT、Polyphen-2、PhD-SNP和SNAP预测其中可能的功能性SNP;使用I-Mutant3.0和Mupro方法对突变位点的氨基酸稳定性进行分析;对鸡IGF2基因编码的氨基酸序列进行多序列比对和进化位点保守性预测,并结合MutPred2预测突变可能造成的功能后果;最后使用Sopma预测IGF2野生型和突变型的蛋白质二级结构,运用I-TASSER构建它们的蛋白质三级结构。结果发现,rs740391349(E29G)、rs735633122(T30P)、rs739078786(L31P)、rs736255842(E35G)及rs736800980(V37G)这5个nsSNPs可能影响鸡IGF2的蛋白功能,且所有位点突变都会使IGF2蛋白稳定性降低。多序列比对及保守性分析显示,rs740391349(E29G)、rs735633122(T30P)和rs736255842(E35G)为高度保守并暴露的功能性残基,MutPred2与二级结构分析结果表明,rs735633122(T30P)和rs736255842(E35G)这两个位点上的突变都导致了α螺旋百分比下降。三级结构分析表明,rs735633122(T30P)和rs736255842(E35G)这2个nsSNPs均会导致IGF2的蛋白空间结构发生变化。综上所述,T30P和E35G位点突变严重影响鸡IGF2蛋白质的结构,可能是影响鸡生长和体组成性状的重要功能性SNPs。

鸡TRAF6基因外显子区功能性SNP预测与分析

采用生物信息学方法筛选鸡TRAF6基因中的功能性非同义单核苷酸多态性(nsSNPs)位点。从dbSNP数据库中检索出TRAF6基因的8个nsSNPs,利用生物信息学软件PROVEN、SIFT、PhD-SNP和SNAP2分别对nsSNPs进行功能性预测;使用I-Mutant2.0和Mupro对突变位点氨基酸的稳定性进行预测;此外,利用Clustal Omega和Jalview对鸡TRAF6基因编码的氨基酸序列进行多序列比对和进化位点保守性预测。使用MutPred2预测突变可能造成的影响;最后使用Sopma和SWISS-MODEL软件分别预测TRAF6野生型和突变型的蛋白质二级结构和构建它们的三级结构。结果表明:从TRAF6基因的nsSNPs位点筛选出来3个有害突变位点rs736890315(S17R)、rs734934585(C20G)和rs734774178(V472E),其中V472E是四种软件共同筛选出的突变位点。V472E突变位点可能影响鸡TRAF6蛋白的功能,且所有位点突变都会使TRAF6蛋白稳定性降低。保守性分析显示,D16G、S17R和A307T为不保守位点,C20G、S40G、S40R、T42A和V472E为保守的功能性残基;MutPred2预测结果发现,V472E位点的突变导致蛋白质的稳定性改变,其他位点的突变均无显著影响;二级结构分析结果表明,鸡TRAF6蛋白主要以无规则卷曲和α螺旋为主,V472E、S40G和C20G这三个位点上的突变都导致了无规则卷曲百分比的提高和α螺旋百分比下降;三级结构分析结果发现,TRAF6蛋白的野生型和突变体的三级结构与二级结构预测结果一致。本研究预测发现V472E位点突变可能严重影响鸡TRAF6蛋白质的结构,V472E可能是鸡TRAF6基因的潜在功能性位点。

猪FASN基因功能性单核苷酸多态性的生物信息学分析

为了筛选出猪FASN基因中具有生物学功能的非同义单核苷酸多态性(non-synonymous single nucleotide polymorphisms,nsSNPs)位点,试验采用生物信息学方法对FASN基因的nsSNPs位点进行了研究。首先利用Ensembl数据库分析FASN基因nsSNPs位点的相关信息,然后利用SIFT、Polyphen2和Provean三种方法预测nsSNPs位点的有害性,再利用ConSurf server、I-Mutant 3.0、Mupro、BDM-PUB、SUMO plotTM、NetPhos 2.0 Server等在线软件对nsSNPs位点的进化保守位点、蛋白质稳定性、泛素化位点、磷酸化位点进行预测,SOPMA和MutPred2在线软件分析nsSNPs位点对FASN蛋白二级结构和三级结构的影响,最后使用Phyre2和VMD软件预测和构建野生型和突变型FASN蛋白的空间结构。结果表明:FASN基因有2个转录子,共38个nsSNPs位点,其中有7个位点被SIFT、Polyphen2和Provean三种方法均预测为有害突变位点,分别是L215F、V560G、R409C、F494L、L560R、R872W、R1123W。L215F、F494L位点属于高保守性位点;7个位点都可降低FASN蛋白的稳定性且不存在泛素化修饰,只有L215F位点存在磷酸化修饰;7个位点都可能参与了FASN蛋白二级结构的形成;L215F、V560G、L560R位点对FASN蛋白的三级结构有影响。说明L215F位点可能是猪FASN基因的潜在功能性位点。

鸡BCO2基因功能性单核苷酸多态性的生物信息分析

旨在筛选鸡BCO2基因中具有潜在生物学功能的同义单核苷酸多态性(non-synonymous single nucleotide polymorphisms,nsSNPs)。从SNP数据库中检索出8个BCO2 基因nsSNPs,利用SIFT、PolyPhen-2、PANTHER和PROVEAN方法分析引起的氨基酸替换是否可能影响BCO2 的功能预测。进一步对鸡BCO2基因编码的氨基酸序列进行翻译后修饰位点预测以及进化位点保守性预测;使用SWISS-MODEL构建了BCO2野生型以及突变型蛋白质的空间结构。结果表明:3个nsSNPs(rs739117331、rs735703078和rs736211538)可能严重影响BCO2蛋白功能。

整合冠心病风险SNPs功能及分子网络特征筛选疾病易感基因

目的:冠心病(Coronary Heart Disease,CHD)是一种由多因素(遗传因素、环境因素以及它们之间的相互作用)引起的复杂疾病。本文从遗传因素和分子互作模式识别新的冠心病易感基因。方法:结合冠心病群体遗传SNPs数据和PPI数据,通过群体遗传数据的风险评估、功能SNPs的判定和PPI网络基因的分类,以功能SNPs属性、网络拓扑属性和基因功能属性为特征,利用两步分类的方法筛选新的冠心病易感基因。结果:获得了69个新的冠心病易感基因,其中43个被文献证实与冠心病的发生发展密切相关,且识别的新的易感基因注释的KEGG通路中有很多是已知的易感基因所没有注释到的,如MAPK signaling pathway,Calcium signaling pathway,Focal adhesion和Chemokine signaling pathway等,其中Chemokine signaling pathway被证实是CHD发展的关键通路。结论:应用本文提出的整合筛选策略,能识别与冠心病相关的新的易感基因,可为冠心病的预防、诊断和治疗提供新的研究方向。

鸡载脂蛋白A1基因外显子区影响体脂性状的功能性SNP预测

载脂蛋白A1基因(APOA1)在动物体脂代谢中发挥重要作用。本研究旨在利用生物信息学的方法筛选鸡APOA1基因中具有潜在生物学作用的非同义突变单核苷酸多态性(non-synonymous single nucleotide polymorphisms,nsSNPs)位点,为利用分子标记辅助选择技术开展鸡体脂性状遗传改良提供理论参考。本研究从dbSNP数据库中提取APOA1基因12个nsSNPs,利用4种生物信息学预测软件(SIFT、PolyPhen-2、SNAP和PhD-SNP)预测其是否为功能性SNPs;使用I-Mutant3.0和MUpro软件分析突变位点氨基酸的稳定性,并对APOA1基因编码的氨基酸序列进行多序列对比和位点保守性预测;最后使用SOPMA和SWISS-MODEL软件预测nsSNPs突变前后蛋白质的二级结构和三级结构的变化。结果表明,V179G(rs732849555)突变位点影响鸡APOA1蛋白质的结构,可能是影响鸡体脂性状的重要功能性SNPs。