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宏病毒组|目的基因功能结构域分析

来源:admin    发布时间:2020-08-26   阅读数:116

今天继续给大家介绍宏病毒组V3.0的个性化分析点。本期将要介绍的个性化分析点是基因序列分析中的目的基因功能结构域分析!


一、目的基因功能结构域分析 目的基因功能结构域分析是将所需比较的序列先分别进行基因预测及蛋白注释(或下载NCBI上所关注基因组的gbk文件),并计算不同基因片段间的相似度,再将数据图形化以展示基因间的相似度、蛋白注释及对应基因所在位置。


二、目的基因功能结构域分析适用场景 目的基因功能结构域分析可以对多个基因间的基因相似度、蛋白注释及对应基因所在位置进行图形化展示,可以清晰比较序列间功能结构域的差异,有助于推断基因组复制时间,分析基因家族扩展情况,寻找目的序列的核心区域以及判断其亲缘关系,为后续的深入研究奠定基础。


三、案例分析 将目的基因功能结构域可视化可以非常直观的看出序列间功能结构域的差异,下面给大家展示几个目的基因结构域分析的案例,方便大家更好的理解该分析的作用以及适用场景。


案例一:

环境宏病毒组揭示了海洋中病毒-宿主相互作用的新情况[1]

作者:Yosuke Nishimura 等

期刊:mSphere

时间:2017.05

本研究对从海洋环境中获得了1352个完整的病毒基因组进行宏病毒组分析,结果表明这些环境基因组代表了数百种新病毒属。其中一些病毒基因组编码了许多功能相关的酶,这表明这些海洋病毒面临强大的选择压力,需要通过积累基因来控制细胞代谢。
如图所示是用9个古菌病毒基因组的基因组图谱制作的功能结构域图,该序列是环状排列和/或反向排列的。红色箭头表示序列的原始起始位置,提示了推测的基因功能。所有tBLASTx比对均由两个基因组之间的彩色线表示。色标表示tBLASTx同一性百分比。

9个古菌病毒基因组预测的功能结构域


案例二:

发现了几种含有amoC固氮基因的、新型的、分布广泛的和具有独特生态地位海洋奇古菌病毒[2]

作者:Nathan A. Ahlgren 等

期刊:ISME

时间:2018.10.12

海洋奇古菌可以氧化氨和固定有机碳,在全球氮循环和碳循环中具有重要作用。本研究发现,在固氮中发挥关键作用的氨单氧酶(amoC)基因竟存在于奇古菌病毒中。
通过分析奇古菌病毒重叠群上编码的预测蛋白结构,发现病毒重叠群包含几个不同的基因组结构,这些不同的基因组结构可分为两个较大的组,这两个组由它们所拥有的衣壳蛋白的类型所决定。


奇古菌病毒重叠群上编码的预测蛋白结构



案例三:

全球分布的巨型病毒的动态基因组进化和复杂的细胞代谢[3]

作者:Mohammad Moniruzzaman 等

期刊:Nature Communications

时间:2020

巨型病毒具有共同祖先,并具有源远流长的进化史。这些病毒主要感染阿米巴原虫和浮游植物——减缓气候变化和控制海洋生态系统的重要角色,因此,巨型病毒对地球生态具有极为关键的影响作用。

本研究中,作者通过公共数据库搜索获得了501个疑似巨型病毒基因组,并将它们与121个已知的参考基因组进行比对,从而建立了一个系谱图。

研究发现许多编码糖酵解成分、糖异生、乙醛酸分流和TCA循环的巨型病毒,包括一个具有70%完全糖酵解途径的基因组,这表明它们可能可以重新编程宿主细胞的中心碳代谢。


5个NCLDV基因组重叠群上涉及TCA循环的基因共定位分析


参考文献:

[1] Environmental Viral Genomes Shed New Light on Virus-Host Interactions in the Ocean

[2] Discovery of several novel, widespread, and ecologically distinct marine Thaumarchaeota viruses that encode amoC nitrification genes

[3] Dynamic genome evolution and complex virocell metabolism of globally-distributed giant viruses




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