果蝇中多态新复制基因的鉴定、选择压力分析和功能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771410
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0607.基因组学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ever-increasing evidence shows that new genes generally arise via gene duplication and they can drive phenotypic evolution. Previous studies of new genes usually used comparative approaches between species and mainly focused on fixed genes. In recent years, several studies about polymorphic (non-fixed) new genes have emerged, which were based on the second generation sequencing (Illumina) technology. However, since the read length of Illumina platform is too short, the exact sequence and structure of duplicated new genes are unknown. Thus, whether these genes emerge under the adaptive force and what kind of functional role they play remains less studied. In this proposal, we plan to use Drosophila as a model organism and perform the following studies: 1) to identify and annotate polymorphic new duplicated genes based on the PacBio (long read) sequencing; 2) to infer the selection force of new genes and examine whether their emergence is consistent with neutral theory of evolution; 3) to study the functions of a few new genes and understand how a polymorphic new gene integrates into a preexisting genetic network and shapes phenotypic difference among populations. This proposal (if funded) will help to set up a long read based new research paradigm of polymorphic duplicated genes, and the result will be helpful to interpret within-species polymorphism data of other species.
新基因多来源于基因复制,它们是表型演化的重要推动力。传统的新基因研究多通过物种间的比较进行,关注已固定的新基因。近年来,在二代测序等技术基础上,尚未固定的新基因研究在群体水平上逐步展开。然而二代数据读长短,基于此的研究无法确定新复制基因的序列和结构,从而导致这些多态新基因的选择压力分析和功能研究无法深入开展。本项目拟以果蝇群体为研究对象进行以下工作,首先基于三代长读长基因组和转录组数据鉴定、注释尚未固定的新复制基因;其次对这些新基因进行选择压力分析;随后通过实验研究来探索若干新基因个案的功能和作用机制。基于上述工作来探讨如下问题:(1)新复制基因的产生是否符合中性进化理论?(2)新复制基因如何发挥功能,导致不同群体的表型差异?本项目有助于推广基于三代测序数据研究物种内多态新基因的新范式,其结果可为解读其他物种的群体多态数据提供参考依据。

结项摘要

本项目鉴定了果蝇群体中尚未固定的新重复基因,探索了其起源机制和功能,分析了其选择压力;同时我们将分析扩展到其他动物类群。主要研究成果包括:1)刻画了果蝇和人类多态性基因转录水平的演化;2)发现基于转座子的重复基因起源机制;3)发现了执行不可缺少的人类特异的调控红细胞发育功能的重复基因;4)构建了GenTree数据库,鉴定了灵长类特异基因与人类特异蛋白编码基因。5)研究了雪雀的高原适应进化史;6)通过分析果蝇中核心基因的年龄分布,探索了基因型-表型网络演化机制。综上所述,我们共计发表了7篇SCI文章,其中6篇在著名期刊发表,申请专利2项,培养博士研究生6人,硕士研究生2人,出站博士后1人。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Dosage sensitivity and exon shuffling shape the landscape of polymorphic duplicates in Drosophila and humans
剂量敏感性和外显子改组塑造了果蝇和人类的多态重复景观
  • DOI:
    10.1038/s41559-021-01614-w
  • 发表时间:
    2021-12-30
  • 期刊:
    NATURE ECOLOGY & EVOLUTION
  • 影响因子:
    16.8
  • 作者:
    Zhang,Dan;Leng,Liang;Zhang,Yong E.
  • 通讯作者:
    Zhang,Yong E.
Genomic analyses of new genes and their phenotypic effects reveal rapid evolution of essential functions in Drosophila development.
新基因及其表型效应的基因组分析揭示了果蝇发育中基本功能的快速进化
  • DOI:
    10.1371/journal.pgen.1009654
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    PLoS genetics
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Xia S;VanKuren NW;Chen C;Zhang L;Kemkemer C;Shao Y;Jia H;Lee U;Advani AS;Gschwend A;Vibranovski MD;Chen S;Zhang YE;Long M
  • 通讯作者:
    Long M
Gene expression across mammalian organ development
哺乳动物器官发育过程中的基因表达
  • DOI:
    10.1038/s41586-019-1338-5
  • 发表时间:
    2019-07-25
  • 期刊:
    NATURE
  • 影响因子:
    64.8
  • 作者:
    Cardoso-Moreira, Margarida;Halbert, Jean;Kaessmann, Henrik
  • 通讯作者:
    Kaessmann, Henrik
DNA transposons mediate duplications via transposition-independent and -dependent mechanisms in metazoans.
DNA转座子在后生动物中通过转座独立和转座依赖性机制介导复制
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-24585-9
  • 发表时间:
    2021-07-13
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Tan S;Ma H;Wang J;Wang M;Wang M;Yin H;Zhang Y;Zhang X;Shen J;Wang D;Banes GL;Zhang Z;Wu J;Huang X;Chen H;Ge S;Chen CL;Zhang YE
  • 通讯作者:
    Zhang YE
The evolution of ancestral and species-specific adaptations in snowfinches at the Qinghai-Tibet Plateau.
青藏高原雪雀祖先和物种特异性适应的进化
  • DOI:
    10.1073/pnas.2012398118
  • 发表时间:
    2021-03-30
  • 期刊:
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Qu Y;Chen C;Chen X;Hao Y;She H;Wang M;Ericson PGP;Lin H;Cai T;Song G;Jia C;Chen C;Zhang H;Li J;Liang L;Wu T;Zhao J;Gao Q;Zhang G;Zhai W;Zhang C;Zhang YE;Lei F
  • 通讯作者:
    Lei F

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其他文献

导电聚合物作为连接层的叠层电致发光器件
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    杨明军;牛连斌;陈丽佳;张勇;关云霞;陈平
  • 通讯作者:
    陈平
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两相界面形态演化对受限通道流动传热特性影响研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张勇
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  • DOI:
    10.13545/j.cnki.jmse.2019.0546
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孙晓明
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  • DOI:
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    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭卫兵;沈佳栋;唐翔;张勇
  • 通讯作者:
    张勇
微小RNA-221对肝细胞癌第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源物基因的调节及其对生物学特性的影响
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1001-9030.2015.10.013
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中华实验外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李民;胡少勃;汪岩;孙平;程翔;郭兵;宋自芳;张勇;郑启昌
  • 通讯作者:
    郑启昌

其他文献

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张勇的其他基金

人类新基因数据库的升级及新基因在癌症发生中的功能研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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    面上项目
突变和选择压力在果蝇新复制基因起源中的作用机制解析
  • 批准号:
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    2013
  • 资助金额:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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