鱗翅目昆蟲基因組中HITEs轉座子的鑒定、特征和進化分析.pdf

1、微型反向重復轉座子(MITEs)廣泛分布于真核生物基因組中，相對于其它物種，MITEs轉座子在植物基因組中的研究較為深入。已有的研究表明MITEs轉座子在植物中不僅能夠促進基因組進化還可以通過多種機制影響鄰近基因的表達和結構。鱗翅目昆蟲是農林業(yè)的主要害蟲，隨著近年基因組測序技術的發(fā)展，已有5種鱗翅目昆蟲基因組序列相繼被公布。這為本文比較研究不同鱗翅目昆蟲基因組中MITEs轉座子的含量、種類和進化模式提供了機遇。
　　由于MITEs

2、轉座子家族豐富多樣并且不具有編碼轉座酶的能力，因此無法應用基于同源性搜索的方法將其從基因組中鑒定出來。本文采用基于結構的方法，搜索5個已測序的鱗翅目昆蟲（家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩神袖蝶）基因組，系統(tǒng)鑒定MITEs轉座子在不同鱗翅目昆蟲基因組中的含量、種類和分布。進一步應用生物信息學和群體遺傳學的方法研究MITEs轉座子在不同鱗翅目昆蟲中的進化和擴增模式。主要結果如下:
　　1.五種鱗翅目昆蟲中MITEs轉座子的鑒定，含量

3、和特征分析
　　本研究應用MITE-Hunter軟件對家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩神袖蝶的全基因組進行搜索，并經過一系列人工檢索和核對后統(tǒng)計結果如下:在五種昆蟲中鑒定出MITEs轉座子家族總數分別為家蠶中221個、煙草天蛾中215個、小菜蛾中74個、帝王蝶中51個和詩神袖蝶中88個，同時各個物種鑒定出的MITEs成員總數依次為家蠶的40647個、煙草天蛾的8870個、小菜蛾的2168個、帝王蝶的2045個及詩神袖蝶的共計有1

4、4534個。五種鱗翅目昆蟲中無論是在MITEs家族總數抑或是成員總數上家蠶都是數目最多的一個物種。我們根據TSD的不同將以上已鑒定出的家族分別歸到已知的DNA轉座子超家族PIF/Harbinger、Tc1/Mariner、hAT、Micron和CAC TA中，結果發(fā)現(xiàn)其中最多的MITEs轉座子家族屬于Tc1/Mariner超家族。MITEs轉座子的序列長度多分布在500bp以內，這在進化上的意義是:序列越短越有利于轉座子自身的生存和轉座

5、。進一步分析MITEs轉座子在不同鱗翅目昆蟲基因組中的比例發(fā)現(xiàn)，MITEs轉座子約占家蠶基因組序列的14.37％，煙草天蛾的3.66％，詩神袖蝶的3.7％，帝王蝶的3.2％和小菜蛾的1.7％，并且所有MITEs元件所占的比例與其基因組的大小呈正相關。
　　2.五種鱗翅目昆蟲中MITE轉座子家族插入時間的估計
　　五種昆蟲中各家族成員通過MUSCLE的比對，DAMBE計算每個MITE元件的核苷酸置換水平(K)，最后用公式T=K

6、/2r估計每個MITE家族的插入時間，最終我們發(fā)現(xiàn)五種鱗翅目昆蟲所有家族的插入時間分布在0-40個百萬年內，詩神袖蝶大部分的MITE家族插入時間是在0-2.5個百萬年內，小菜蛾的集中分布在0-3個百萬年內，而家蠶和煙草天蛾的相同均集中分布在0-5個百萬年內，帝王蝶的多分布在0-5.5個百萬年內。這說明MITEs是一種新近插入到鱗翅目昆蟲基因組中的轉座子。其中，家蠶的兩個MITE轉座子家族家蠶的兩個MITE轉座子家族BmMITE-13，B

7、mMITE-211可能分別在2-4和0-2個百萬年內發(fā)生過爆發(fā)式擴增。
　　3.預測五種鱗翅目昆蟲中轉座子MITE轉座子家族的擴增模式
　　對每一個MITE家族，我們構建了NJ進化樹。進化樹的拓撲結構顯示五種鱗翅目昆蟲家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩神袖蝶的MITE家族中大多數都經歷了多次擴增，如家蠶中的BmMITE-66;煙草天蛾中MsMITE-14;小菜蛾中的PxMITE-72;帝王蝶中的DpMITE-3等。其余的少數

8、家族則是由單個元件發(fā)生一次爆發(fā)式擴增后產生的，如家蠶中的BmMITE-148;煙草天蛾中MsMITE-202;小菜蛾中的PxMITE-34;帝王蝶中的DpMITE-55;詩神袖蝶中的HmMITE-34等。
　　本文系統(tǒng)地鑒定了5個已測序的鱗翅目昆蟲基因組中的MITEs，并分析了這些MITEs的序列特征和進化模式，發(fā)現(xiàn)大多數鱗翅目昆蟲MITEs都在最近的過去經歷了擴增，暗示可能對其寄主基因組的進化有作用。本文的結果為研究昆蟲中的MI