蔷薇目7个物种间LTR反转录转座子水平转移的鉴定以及转座活性分析

作     者：侯菲 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨光伟;何宁佳

授予年度：2018年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：蔷薇目 LTR反转录转座子 系统进化 水平转移 转座活性 

摘      要：水平转移(Horizontal transfer,HT)是在不同物种之间所进行的遗传物质交流的方式,在物种进化中扮演着重要角色。转座子(Transposable element,TE)是一段可以在宿主基因组中自由移动的DNA序列,随着基因组时代的到来,研究发现转座子广泛的存在于真核生物基因组中,是基因组的重要组成成分。LTR(Long terminal repeat)反转录转座子,属于RNA介导的反转录转座子(Class I)的主要类型,以“复制—粘贴的形式进行转座,影响着物种基因组的大小和结构。转座子的水平转移(Horizontal transposable element transfer,HTT)在物种基因组组成、进化等方面都发挥着重要作用,被认为是推动生物革新的重要动力。基于蔷薇目中许多物种已完成全基因组测序,以及转座子水平转移鉴定方法的成熟,研究蔷薇目物种间LTR反转录转座子水平转移以及对转座活性进行分析,可以更好的揭示LTR反转录转座子水平转移对蔷薇目物种基因组大小和组成的影响,诠释蔷薇目物种间的进化关系。本研究利用较为全面的生物信息学方法,对蔷薇目中已完成测序的7个物种分别为桑树(Morus notabilis)、大麻(Cannabis sativa)、枣(Ziziphus jujuba)、野生草莓(Fragaria vesca)、桃(Prunus persica)、苹果(Malus domestica)、梨(Pyrus bretschneideri)的LTR反转录转座子水平转移进行了鉴定,并分析了其在发生水平转移之后的转座活性,主要的研究结果如下:一、蔷薇目中7个物种间LTR反转录转座子水平转移的鉴定对蔷薇目中所选择的已完成全基因组测序的7个物种从基因组着手,鉴定每个物种的LTR反转录转座子,然后通过BLAST比对、SiLiX聚类、CD-hit一致性计算等一系列生物信息学分析方法,鉴定到71个候选的LTR反转录转座子水平转移家族;在这71个候选水平转移家族中鉴定到存在7个家族的LTR反转录转座子序列高度一致,反转录酶(Reverse transcriptase,RT)序列的一致性也明显高于保守基因序列的一致性,而且RT序列的Ka/Ks值与保守基因的Ka/Ks值均小于1,表明其在进化中受到纯化选择,而且我们进一步证明了LTR反转录转座子的系统发生关系以及分化时间均与物种关系存在明显的不一致,表明了在蔷薇目物种间确实发生了LTR反转录转座子的水平转移。最终我们将这7个家族作为在蔷薇目7个物种中鉴定到的LTR反转录转座子水平转移家族,其中存在2个LTR反转录转座子水平转移家族发生于桑树和枣树之间,分别命名为***.1、***.2,而其余5个水平转移家族发生于苹果和梨之间,依次分别命名为***.1-5,且LTR反转录转座子发生水平转移的时间在桑树和枣、苹果和梨中分别约为9 Mya(Million years ago)和3 Mya.二、7个LTR反转录转座子水平转移家族的转座活性分析首先我们验证了在蔷薇目7个物种中已鉴定的7个LTR反转录转座子水平转移家族的LTR反转录转座子均具有完整的功能序列结构,然后通过对其拷贝扩增时间进行估计,来进一步证明LTR反转录转座子在发生水平转移之后在新的宿主基因组中是否仍然具有活性以及对水平转移发生的方向做合理的推测。研究结果发现在桑树和枣的两个家族***.1、***.2,在发生水平转移之后,两物种的拷贝的扩增时间均明显的低于水平转移发生的时间,表明LTR反转录转座子在两个宿主基因组中都存在活性,并且在***.1家族枣物种中,LTR反转录转座子的拷贝扩增时间比桑树拷贝扩增时间要晚,进一步推测LTR反转录转座子由桑树水平转移到枣。在苹果和梨两物种的LTR反转录转座子水平转移家族***.1-5中,证明得到在***.2、***.3两个家族中,LTR反转录转座子在发生水平转移之后在宿主基因组中仍然是保持活性的,尤其是在***.3家族中存在大量的拷贝扩增现象,而其余的家族均发生了沉默。LTR反转录转座子水平转移后在宿主基因组中发生的拷贝扩增现象,对物种基因组的组成、进化等均会产生深远影响。