细菌中插入/缺失与单核苷酸替代关系的研究

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自发突变有着重要的生物学意义,它为基因组进化提供了基本的原材料,是基因组进化的重要动力。传统的进化理论认为,自发突变非常稀有,且随机分布于。但随着大量基因组数据的公布,人们发现基因组中不同的位点,其自发突变率并不相同,有大量的突变热点和冷点的存在。传统理论认为,由于绝大多数突变是有害的,因此突变率高的个体优先被淘汰;然而,当生物体处于极端环境下时,高突变率的个体则更具有生存优势。然而这只能解释部分例子,不具有普适性。  不久前,有报导发现,在真核生物中自发突变率与其周围序列的插入和缺失(indel)有着非常紧密的联系。作者对这一关系进行了深入研究,并提出了插入/缺失诱导产生自发突变的假说,即杂合体中的插入/缺失会使其周边序列的突变率增加。然而,细菌与真核生物不同,它们仅仅在合子状态下才存在着杂合体状态。而合子状态仅占细菌世代周期中极小的一部分。因此,细菌基因组中的插入/缺失是否会像其在真核生物中那样对周边序列的突变率产生如此重要的影响目前尚为未知。  本文以73个细菌物种、262个菌株为研究对象,系统分析了基因组中插入/缺失以及单核苷酸突变的数据,发现其与真核生物一样,在插入/缺失周围,单核苷酸替代率随着它们与插入/缺失距离的增加而下降;这一规律在编码区和非编码区都适用,说明并非选择的结果;通过三系比较发现,在两个菌株的同源序列中,发生插入/缺失突变的基因组中单核苷酸的替代率显著高于未发生插入/缺失突变的基因组。这些现象表明:“插入/缺失诱导点突变假说”不仅适用于真核生物,在细菌中同样适用。  进一步的研究发现,插入/缺失多发于GC含量比较低的区域。为了弄清楚GC含量对生物体本身有没有表型上的影响,我们系统分析了GC含量与基因结构的关系。发现基因内含子的GC含量和突变率与其两侧的外显子的GC含量和突变率显著线性相关。这暗示着虽然内含子的GC含量比外显子低,但是总的来说基因内部不倾向于产生GC含量变化剧烈的序列。
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