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菌物学报 2017年第10期36卷 1392-1405页

作者：于慧云王嘉荟胡小平范三红旱区作物逆境生物学国家重点实验室西北农林科技大学生命科学学院植物保护学院陕西杨凌712100

Helitron是真核生物中存在的一种以滚环方式进行复制的转座元件,关于其对动植物基因组的影响已有深入分析,而在真菌中则鲜有报道。本文对大豆囊孢线虫的生防菌——明尼苏达被毛孢Hirsutella minnesotensis中的Helitron转座元件进行了系... 详细信息

Helitron是真核生物中存在的一种以滚环方式进行复制的转座元件,关于其对动植物基因组的影响已有深入分析,而在真菌中则鲜有报道。本文对大豆囊孢线虫的生防菌——明尼苏达被毛孢Hirsutella minnesotensis中的Helitron转座元件进行了系统分析,发现该真菌中存在两类自主的Helitron元件hmheli1和hmheli2;其中hmheli1不仅具有保守的末端序列和结构,而且编码序列高度相似,甚至完全一致的Rep Hel转座酶,表明其在基因组中发生了近期扩张并依旧活跃。hmheli1符合Helitron2元件的结构及编码特征:5′和3′末端分别存在保守序列"TCAG"和"TATTTT",3′末端存在富含GC的发卡结构,近末端存在不对称的反向重复序列;编码的转座酶包含锌指、Rep和Helicase结构域,但不包含核酸内切酶结构域。hmheli1优先同向插入基因富集区,甚至功能基因内部,插入位点存在一个短的富含AT的序列。hmheli1不具主动捕获基因的能力,但可被动接受其他转座元件的插入。hmheli1是一种结构独特、极具扩张力的DNA转座元件,不仅在明尼苏达被毛孢基因组进化中发挥着重要作用,并且具有开发为通用遗传分析工具的潜能。

关键词：明尼苏达被毛孢 hmheli1 Helitron2 末端反向重复基因富集区

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明尼苏达被毛孢中的Helitron转座元件

明尼苏达被毛孢中的Helitron转座元件

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作者：于慧云西北农林科技大学

学位级别：硕士

Helitron是真核生物中存在的,以滚环方式进行复制的DNA转座元件。Helitron在动植物中的研究最为透彻,它们经常插入基因内部或基因附近,导致靶位点基因插入失活或表达改变,更重要的是它们捕获旁侧基因并驱动其共同扩张,因而Helitron在基... 详细信息

Helitron是真核生物中存在的,以滚环方式进行复制的DNA转座元件。Helitron在动植物中的研究最为透彻,它们经常插入基因内部或基因附近,导致靶位点基因插入失活或表达改变,更重要的是它们捕获旁侧基因并驱动其共同扩张,因而Helitron在基因组、基因和表型的演化过程中起着重要作用。大豆胞囊线虫是导致大豆减产的重要虫害,而明尼苏达被毛孢Hirsutella minnesotensis是其专性寄生真菌和生防菌。本研究以***基因组为依据,以自主Helitrons元件编码的转座酶RepHel为切入点,对明尼苏达被毛孢中的自主和非自主Helitrons元件进行全面分析,以揭示其结构特征和编码特征,分析其对基因和基因组进化的影响。本研究获得以下结果:RepHel转座酶系统发育分析结果显示,明尼苏达被毛孢基因组中存在两类自主的Helitron元件hmheli1和hmheli2;其中hmheli1不仅具有保守的末端序列和结构,而且编码序列高度相似、甚至完全一致的RepHel转座酶,表明hmheli1在基因组中发生了近期扩张并依旧活跃。hmheli1符合Helitron2元件的结构及编码特征,即5′和3′末端分别存在保守序列“TCAG”和“TATTTT”,3′末端存在富含GC的发卡结构,近末端存在不对称的反向重复序列ATIRs,5′端的ATIR及其附近序列可以形成发卡结构;编码的转座酶包含锌指、Rep和Helicase结构域,但不包含核酸内切酶结构域。根据hmheli1的结构特征,我们对***基因组中的hmheli1进行了从头预测。共发现35个自主和59个非自主的完整hmheli1元件,占整个基因组大小的0.59%;RepeatMasker分析结果表明hmheli1元件及其片段在基因组中的丰度可达2.47%。少数hmheli1元件存在多个5′末端,个别hmheli1元件以串联形式存在。hmheli1在基因组中的插入具有偏好性,它们优先同向插入基因富集区,甚至功能基因内部,插入位点存在一个短的富含AT的序列。hmheli1不具主动捕获旁侧基因的能力,但可被动接受其它转座元件的插入,这可能与其保守且两端需要互补的末端结构特征相关。真菌中的RepHel转座酶聚为8个类（Cluster）。其中hmheli1元件编码的转座酶属于Cluster1,该类转座酶对应的自主Helitron元件的末端特征类同;Cluster2转座酶与动植物中经典的RepHel转座酶属于同一个类,它们对应Helitron元件的末端特征也与动植物类同。自主hmheli1元件主要分布在肉座菌目Hypocreales,粪壳菌目Sordariales也存边界明晰的Helitron2元件,但其末端序列与hmheli1元件有所不同。hmheli1元件在肉座菌目呈不连续分布,并且种间序列相似性比较高,暗示该类元件通过水平转移方式在基因组间移动。综上所述,hmheli1是***基因组中存在的一类活跃扩张的新型Helitron元件,该类元件具有独特的末端序列和结构特征,在明尼苏达被毛孢和其它肉座菌目真菌基因组进化过程中发挥重要功能。此外,hmheli1活跃扩张的特点使其具备改造为通用遗传分析工具的潜能。

关键词： Helitrons Helitron2 hmheli1 明尼苏达被毛孢

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