人类基因组测序工作完成以来,单核苷酸多态性(SNP)作为一个强有力的工具在疾病的研究中得到了非常广泛的应用。然而现在的主流观点认为大多数SNP是由于遗传漂变造成的即它们在功能上是呈中性的,与之对立的观点是大多数SNP是有功能的,并且有越来越多的证据支持后者观点。任一SNP在群体中通常有两个位点,按分布频率分为主要位点和次要位点(频率小于0.5)。前期的生物信息学分析表明帕金森病人群相对正常人群的次要位点含量存在显著差异。我们用自己开发的生物信息学软件对公开发表的数据及我们的实验结果进行分析后发现SNP是有功能的,SNP次要位点的大量聚集影响到生物体表观遗传编程的稳定性,并且证明SNP次要位点的大量聚集是引起帕金森疾病易感性的重要遗传因素。分三个章节,图13幅,表3个,附表3个,参考文献45篇第一章：SNP次要位点功能的研究目的：论证SNP是具有功能的。方法：利用公开发表的237个线虫品系和109个酵母品系的SNP数据计算每个品系的次要位点含量(minor allele content, MAC),测定线虫在正常培养条件下的生殖力水平和对离开食物的频率,以及酵母对100种小分子药物的敏感性反应,分析次要位点频率与生物学性状之间的相关性。结果：在线虫行为学实验中,无论是生殖力水平还是离开食物的频率都表现出与基因组次要位点含量的高低存在相关性,并且统一的表现为高次要位点的个体生殖力水平低(Spesrman, P<0.05),离开食物的的频率高(Spesrman, P<0.05)。在酵母与100种小分子化合物的反应中,其中9种药物反应表现出与次要位点含量存在很好得相关性,并且统一的表现为高次要位点的酵母繁殖率受到药物的抑制作用(Peasrman, P<0.01)。结论：大多数SNP是有功能的,并且表现出微弱的有害性。单个SNP的功能很难检测到,但大量次要位点的大量聚集能够显著影响到生物体的某些复杂性状。次要位点的低频率与自然选择的作用有关。第二章：次要位点的大量聚集对生物固有性状及获得性性状的影响目的：探讨次要位点的大量聚集对生物体固有性状及获得性性状的影响。方法：利用SAM软件(FDR设为10%),分析40种不同遗传背景(高次要位点和低次要位点酵母各20个品系)的酵母在葡萄糖为碳源及以1%酒精为碳源条件下4482个基因的基因表达情况。随机定义每个品系的次要位点频率按照同样的方法分析基因表达情况作为对照,重复三次。测定20种不同次要位点频率的酵母初次在含7%酒精条件下生长曲线并进一步计算迟缓期的长短,然后测定经过7%酒精的YPD培养基耐受处理20天后迟缓期的长短,最后将这些耐受处理后的酵母在正常培养基中恢复性培养7天,测定迟缓期长短。结果：在以葡萄糖为碳源的情况下有324个显著差异表达基因,其中在高次要位点组高表达的基因有17个；以1%酒精为碳源的情况下有172个差异表达基因,其中127个在高次要位点组呈现出高表达；对照组三次重复均未超过10个差异表达基因。在含有7%酒精的YPD液体培养基生长时,高次要位点组酵母迟缓期相对于低次要位点组酵母显著缩短。经过14天的适应性培养后高次要位点组酵母相对于低次要位点组迟缓期降低更明显。再将这些适应性培养的酵母经过7天时间的正常培养基恢复性培养后发现,高次要位点组酵母相对于低次要位点组更快的恢复到正常状态。将7%酒精换成0.8M氯化钠处理条件进行同样的实验同样得到了类似的实验结果.结论：次要位点的大量聚集影响到大量基因的表达。在不同生长环境下次要位点的多少对基因表达的调控是不同的,高次要位点个体无论基因表达还是表型均更加容易受到影响,并且高次要位点的个体更容易获得新的性状和丢失已经获得的性状,表现出表观遗传编程的脆弱性。这为我们研究遗传和环境对复杂疾病的致病机理有很大帮助。第三章SNP次要位点的大量聚集与帕金森病的关系目的：探讨基因组遗传变异水平与帕金森病之间的关系。方法：以线虫为模式生物,根据每个品系线虫次要位点含量的多少将线虫分为高次要位点组和低次要位点组。对L1期线虫进行200ug/mL的MPTP药物处理,对照组不加任何处理,三天后在显微镜下计数线虫的运动频率和发育程度。结果：将同步化后L1期线虫在含200ug/mL MPTP的NGM固体培养基和普通NGM固体培养基中培养至第三天后测定线虫的发育、运动。结果线虫的发育(Pearson r=-0.47, P=0.0365;Spearson r=-0.5173, P=0.0195)、运动(Pearson r=-0.5262, P=0.0172;Spearson r=-0.5128, P=0.0208)相对于正常对照都表现出显著差异,且高次要位点个体呈现出发育迟缓、运动速率降低的现象。结论：基因组中SNP次要位点的大量聚集是帕金森病易感性的重要遗传机制之一。