使用随机突变碱基序列模拟脊索动物TF4基因内含子的演化

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内含子序列的进化在过去几十年中引起了研究者们广泛的兴趣,“内含子早现假说(introns-early theory)”和“内含子晚现假说(introns-late theory)”是解释内含子的进化机制提出的两种相反的假设,两种假说至今仍在争论之中。面对不同生物内含子序列形成的系统进化树非常低的统计支持值,常规的系统进化方法无法得知内含子的进化模式,所以需要新的方法来研究。序列模拟是研究进化的一种重要手段,在本研究中我们设计了两种进化模型,即突变与缺失(MD,Mutation and Deletion)模型和突变与插入(MI,Mutation and Insertion)模型生成模拟序列来模拟内含子的进化,研究得出的主要结果如下:(1)以14条来自不同目(order)的脊索动物TF4(Transcription factor-like protein 4)基因的内含子序列为研究对象,构建ML(maximum likelihood)系统发育树并计算出内含子序列的五个特征值(TSML:ML进化树拓扑分值=28,LMSA:多序列比对的长度=2139 bp,:总平均距离=1.084,RK2+I:K2+I替换模型下的转换和颠换比例=1.53,SED:总平均距离标准误=0.089)。(2)依照五因素四水平的正交设计分别对MD与MI模型进行了测试,得到两种模型生成模拟序列的五个特征值,用SPSS软件对五个特征值进行单一变量多因素方差统计分析。结果表明,在MD模型中,特征值LMSA受到LI/D的显著影响;特征值和SED受到M1和LI/D的显著影响;TSML的值受到M1和MI/D的显著影响;RK2+I不受任何模型参数的显著影响。在MI模型中,特征值RK2+I受到LAS1、LI/D和MI/D的显著影响;TSML的值受到MI/D的显著影响;特征值LMSA、和SED不受任何模型参数的显著影响。(3)根据各个因素对五个特征值的影响优化了MD与MI模型,将优化模型生成的模拟序列特征值与脊索动物内含子序列特征值进行独立样本t-检验分析。结果表明,具有适当参数设置的MD模型可以生成与脊索动物TF4基因内含子序列相匹配的模拟序列,而MI模型无法产生这样的模拟序列。研究的结果表明,所调查的脊索动物内含子是从一个较长的祖先序列进化而来,其长度逐渐减少,所揭示的演化机理符合“内含子早现假说”。本文所建立的方法为研究来自不同类群生物的内含子序列演化模式提供了有效的手段,可用于对更多不同来源内含子序列开展研究,对阐明内含子序列的演化机理具有重要意义。
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