倍增基因在人類群體水平上的功能進化模式研究

《倍增基因在人類群體水平上的功能進化模式研究》是依託復旦大學，由鄒央雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：倍增基因在人類群體水平上的功能進化模式研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄒央雲

項目摘要

基因倍增是產生新基因、導致生物體多樣性與複雜性的重要驅動力。目前對倍增基因的功能分化模式進行了大量研究，但都只局限在宏進化水平，很少有研究涉及微進化領域。在本項目中，我們將利用目前還未被自然選擇完全固定下來的遺傳多態數據，綜合運用分子進化與群體遺傳學相關的生物信息學方法，研究群體水平的倍增基因功能進化機制。首先，研究基因倍增事件與人類不同人群單核苷酸多態SNP之間的聯繫，檢驗基因倍增後選擇壓放鬆假說，了解基因倍增對提高物種遺傳變異的影響；其次，根據倍增基因同源胺基酸位點保守程度的改變情況，預測人類基因家族的功能SNP位點，同時結合疾病表型相關數據，研究倍增基因在微進化水平也即群體水平的功能分化及擴張模式。該研究有助於我們更進一步了解基因倍增後新基因、新功能的產生和固定過程，而且對闡明基因倍增事件與種內遺傳多樣性的關係至關重要。

結題摘要

基因倍增及其之後的功能分化是產生基因新功能、導致生物體多樣性與複雜性的重要驅動力。在胺基酸水平研究倍增基因的功能分化將有助於我們剖析基因的功能胺基酸位點。本項目利用分子進化與群體遺傳學相關的生物信息學方法，從宏進化與微進化水平入手，研究了胺基酸水平倍增基因的功能進化情況。我們研究發現，相比於單拷貝基因，倍增基因具有更多的遺傳多態，證實倍增基因由於功能冗餘導致選擇壓放鬆假說成立。倍增基因的年代分布研究發現，跟信號轉導相關的蛋白激酶、轉錄因子超家族產生於後生動物早期甚至原生生物時期，提示其可能參與細胞周期、細胞分化、發育等基本生理功能。之後，我們利用標準化的功能分化位點預測方法在這些轉錄因子與蛋白激酶超家族中觀察到，無論倍增基因的年代多久遠，大概只有15%的胺基酸位點會參與到倍增基因的功能分化事件中；而且這些功能分化位點在人類群體中也呈現出選擇壓限制的改變，即保守的胺基酸位點比不保守的同源位點具有更高的等位基因頻率，表明發生功能分化的胺基酸位點與人類的適應度有關，預示著可能是潛在的疾病致病位點。於是，我們構建了網路資料庫公布了轉錄因子與蛋白激酶超家族的所有功能分化位點信息（DIVERGE-D，http://www.divergedb.com/），供相關研究者參閱。更進一步研究發現這些功能分化位點可作為藥物與靶向基因的潛在結合位點，提高藥物的靶向基因特異性，從而降低藥物副作用。最後，為滿足大數據挖掘需求，我們開發了命令行形式的提供標準接口的蛋白質功能分化位點預測工具箱（DIVERGE-Toolbox），可實現批量化分析與套用。