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基因敲除效应与基因功能关系的进化学研究

批准号:
32070687
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘黎
依托单位:
学科分类:
遗传与进化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘黎

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
遗传学中一个关键的假设认为:一个基因功能丧失后所引起的表型变化就是这个基因的功能。通过对基因敲除后性状的理解来获得基因功能的信息是经典的遗传学研究方法。然而,基因的敲除效应表现出很强的多效性,其中有许多统计学上十分明确的效应与被敲除基因没有直接的生物学联系。我们前期研究了转录因子HAP4的敲除效应,发现不同效应的保守性、可遗传性是不同的,而且这种差异与其能否对应其已知的功能有非常直接的关系,证明了从进化的角度来研究基因敲除效应与基因功能关系的可行性。本项目,我们将在不同种间种内亲缘酵母中敲除同一个基因(共28个基因),研究其所影响的表达性状以及酵母细胞形态学性状的进化规律;我们还将利用酵母杂交实验,研究这些效应的可遗传性。这一系统性的研究能够提供基因敲除效应与其“真功能”对应的依据。本项目将首次以进化的观点对基因的敲除效应进行解析,以期更好理解在现有统计框架下定义的遗传效应的生物学意义。
英文摘要
A key hypothesis of genetics is that the function of a gene is the phenotypic results of loss of function. One of classic methods of studying gene function is studying the effects of null mutations. The information of genetic effects can be derived by standard differential expression (or trait) analysis of expression (or trait) profiles. However, some of the effected genes could hardly be connected to the deleted gene in biological sense, showing the strong pleiotropy. Genetic effects defined by statistics may not necessarily represent biological interactions shaped by natural selection. We have studied the deletion effects of a transcriptional factor HAP4 and found some effects were conserved and heritable while some were not. The former echoed the annotated functions of HAP4, and the latter did not. It suggests a way of evolutionarily decoupling gene deletion effects from gene functions. In this study, the genetic effects with null mutations of 28 genes will be investigated in at least seven related yeast strains/species. The conservation and heritability will be systematically examined. Genetic effects will be decomposed evolutionarily, which can offer a better understanding of their biological meanings.
本项目以酵母为模式生物,深入探究了基因敲除效应的进化特征。从基因表达和细胞形态学两个维度,系统性解析了基因敲除效应的多效性特征,创新性地提出了基因多效性与基因功能的演化模型。通过在多个亲缘酵母中开展大规模研究,揭示了基因突变效应的保守性规律,发现保守性较强的基因往往具有更早的进化起源。在探索基因敲除后的转录组适应性演化过程中,我们发现细胞倾向于形成独特的次优平衡状态,而非简单地恢复至原始状态。此外,项目还成功开发了高效的靶向突变系统。这些研究揭示了进化与基因功能的内在联系,有助于解释遗传变异在不同遗传背景下表现出的表型差异,为理解基因功能的演化提供了新视角,具有重要的理论意义。以上成果形成了4篇论文发表国际知名学术期刊Nature methods,Molecular Biology and Evolution,iScience和Genome Biology and Evolution上。与此同时,项目培养了4名博士研究生以及1名硕士研究生。综上所述,本项目完成了预定目标。
基于酿酒酵母的染色体互补易位对配子 形成的影响及其分子机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    刘黎
  • 依托单位:
基于联合内源位点的单细胞水平细胞谱系示踪系统研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘黎
  • 依托单位:
基于“实验演化-关联变异”的蛋白结构预测研究
  • 批准号:
    31501068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘黎
  • 依托单位:
国内基金
海外基金