光合nad(p)h脱氢酶复合体编码基因的生物信息学分析

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1、上海师范大学硕士学位论文光合NAD（P）H脱氢酶复合体编码基因的生物信息学分析姓名：张劲松申请学位级别：硕士专业：水生生物学指导教师：马为民;王全喜20100501上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：光合NAD(P)H脱氢酶复合体编码基因的生物信息学分析学科专业：水生生物学学位申请人：张劲松指导老师：马为民副教授、王全喜教授摘要光合NAD(P)H脱氢酶(NDH)是一种重要的膜蛋白复合体，参与C02吸收、围绕光系统I的循环电子传递和细胞呼吸。迄今为止，人们发现该光合复合体至少由15种ndh基因编码而成，并且在进化

2、过程中，其中一些编码基因发生了重大改变。例如，与蓝藻相比，高等植物ndhL-O基因已从叶绿体转移到了核基因组，以及ndhF基因丢失了多个拷贝。本论文通过生物信息学等手段，对蓝藻和高等植物NDH复合体编码基因进行了分析，以期揭示光合NDH复合体在进化过程发生改变的原因及其相关的应用。首先，通过比较蓝藻和高等植物中ndhA-K和ndhL-O的同义(以)和非同义核酸替换速率(底)，结果发现：在蓝藻细胞中，ndhA-K和ndhL-O的以和幽未见有重大地差异。与此相比，在高等植物中，核编码ndhL-O的魂和幽数值均显著高于

3、叶绿体编码的ndhA-K。类似的结果也发现在其它4种光合膜蛋白复合体叶绿体与核编码的基因中。依据马勒的棘齿效应，高的突变速率是光合膜蛋白复合体中某些基因例如ndhL-O从叶绿体转移到核基因组最最可能的原因。另外，通过评价魂和幽的值，我们讨论未来ndhA-K从叶绿体转移到核基因组的可能性。其次，通过分析在植物系统发育研究中提出的作为分子标记基因的各种标准，以及蓝藻ndh基因的分子属性、蓝藻形态学的分类标准和其它适用蓝藻的分子标记，我们首次揭示了ndhH基因是一种适用于蓝藻系统发育学研究的新型分子标记。进一步研究表明

4、，这种新型分子标记ndhH基因仅适用蓝藻而不适用III上海师范大学硕十学位论文摘要高等植物系统发育学的研究。与此相反，那些适用高等植物系统发育学研究的ndh基因分子标记，如ndhA，D和F，并不适用蓝藻系统发育学的研究。因此，作为分子标记的ndh基因种类在蓝藻和高等植物中是不同的。综上所述，通过对编码蓝藻和高等植物NDH复合体的15种基因进行生物信息学的分析，指出了高等植物ndhL-O基因从叶绿体转移到核基因组的可能原因，而且揭示了ndhH基因是一种新型的系统发育学分子标记，适用于蓝藻的系统分类学研究。关键词：N

5、AD(P)H脱氢酶复合体；光合生物；生物信息学分析IV上海师范大学硕十学位论文AbstraetSUBJECETBioinformaticsanalysisofgenesthatencodephotosyntheticNAD(P)HdehydrogenasecomplexMAJORHydrobiologyAUTHORJingsongZhangSUPERVISORAssociateProf．WeiminMaandProf．QuanxiWangAbstractPhotosyntheticNAD(P)Hdehydroge

6、nase(NDH)isanimportantmembraneproteincomplexthatisessentialtoC02uptake，photosystemI-dependentcyclicelectrontransportandcellularrespiration．Uptonow,NDHcomplexcomprisesofatleast15subunits，whichareencodedbygeneshomologousbetweencyanobacteriaandhigherplants．Howev

7、er'duringtheplantevolution，certainofthese15ndhencodinggeneshadaconsiderablechange．Forexamples，incontrasttOcyanobacteria，ndhL-Ogenesofhigherplantstransferredfromchloroplaststonucleargenomes，andseveralcopiesofndhFgenelost．Inthisstudy，bioinformaticsanalysisofthe

8、genesthatencodetheNDHcomplexattemptedtorevealthereasonwhyphotosyntheticNDHcomplexchangedduringtheevolutionandthecorrelativeapplications．First，bythecomparisonofthesynonymous(ds)andnonsynon