微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子(MITE)對(duì)水稻基因表達(dá)和基因組分化的作用及番茄特有miRNA基因的演化.pdf

1、微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子(MITE)被認(rèn)為是截短的DNA轉(zhuǎn)座子，它們具有DNA轉(zhuǎn)座子共同的結(jié)構(gòu)特征，包括末端反向重復(fù)(TIR)和側(cè)翼的目標(biāo)位點(diǎn)拷貝(TSD)。MITE的內(nèi)部缺乏編碼轉(zhuǎn)座酶的序列，其轉(zhuǎn)座需要依賴同源的自主型DNA轉(zhuǎn)座子編碼的轉(zhuǎn)座酶。MITE往往在基因組內(nèi)具有較高的拷貝數(shù)，不同家族的分化和演化模式有很大差異，但對(duì)一個(gè)物種內(nèi)MITE家族群體擴(kuò)增和積累的機(jī)制仍然知之甚少。以往的研究認(rèn)為MITE主要分布在染色體臂上，且偏好插入到基因附近

2、。這種MITE與植物基因的物理聯(lián)系意味著MITE對(duì)基因表達(dá)和基因組演化都起重要作用。為了進(jìn)一步了解MITE在基因組演化過(guò)程中扮演的角色，需要對(duì)基因組內(nèi)的MITE進(jìn)行全面鑒定，并研究其對(duì)基因表達(dá)和基因組分化的影響。本研究開(kāi)發(fā)了一套基于BLASTN的從頭鑒定MITE的方法，并系統(tǒng)研究了水稻基因組中的MITE。水稻栽培品種“日本晴”基因組中共有178，533個(gè)MITE相關(guān)序列，它們被劃分為6個(gè)超家族，338個(gè)家族。這些MITE隨機(jī)分布在染色體

3、臂的非編碼區(qū)。通過(guò)對(duì)MITE家族成員兩兩核苷酸差異度和系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)一些MITE家族是通過(guò)一輪或多輪的爆發(fā)式擴(kuò)增形成的。不同MITE家族或亞家族之間擴(kuò)增發(fā)生的時(shí)間差異很大。約有14.8％全長(zhǎng)MITE位點(diǎn)在水稻栽培品種“日本晴”和93-11之間產(chǎn)生了有/無(wú)多態(tài)性。MITE插入到23，623(58.2％)個(gè)水稻基因附近。至少有7，887個(gè)MITE可以被轉(zhuǎn)錄出來(lái)，其中3，463個(gè)是與基因一同轉(zhuǎn)錄的。轉(zhuǎn)錄后的MITE序列至少可以形成1，

4、130對(duì)潛在的正義/反義轉(zhuǎn)錄本對(duì)。MITE產(chǎn)生了23.5％的水稻小RNA，有些家族主要從末端產(chǎn)生小RNA，而另一些家族則主要從中間區(qū)域產(chǎn)生小RNA。51.8％源于MITE的小RNA是從遠(yuǎn)離基因的MITE產(chǎn)生的。全基因組分析表明與靠近MITE的基因表達(dá)水平顯著低于遠(yuǎn)離MITE的基因?？偠灾琈ITE從基因表達(dá)和基因組多態(tài)性等多個(gè)方面為水稻分化引入了多樣性。
　　 微小RNA(miRNA)是一類長(zhǎng)度約為20-24 nt的內(nèi)源非編碼

5、小RNA，通過(guò)與靶基因mRNA互補(bǔ)結(jié)合來(lái)抑制蛋白翻譯或引發(fā)目標(biāo)mRNA降解，從而調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。動(dòng)植物之間MIRNA基因的結(jié)構(gòu)和miRNA的作用機(jī)制有明顯的差別。近年來(lái)通過(guò)高通量小RNA測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的miRNA，一些miRNA在遠(yuǎn)緣物種之間也相當(dāng)保守，而另一些miRNA則只存在于某個(gè)物種或某個(gè)分類單元中，后者很可能是物種演化過(guò)程中“新生”的miRNA。目前已有一些模型來(lái)解釋植物如何產(chǎn)生短的反向互補(bǔ)序列，從而演化成新生MIRN

6、A基因。本研究首先根據(jù)公開(kāi)的小RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，從番茄和馬鈴薯兩個(gè)近緣物種內(nèi)分別預(yù)測(cè)出了213和266個(gè)miRNA，其中分別有76個(gè)和97個(gè)是本研究中新發(fā)現(xiàn)的miRNA。番茄中有70個(gè)MIRNA基因在其他物種中找不到同源基因，可以認(rèn)為是番茄特有MIRNA基因。番茄特有MIRNA基因有45.7％位于內(nèi)含子區(qū)域，同時(shí)也有51.4％位于轉(zhuǎn)座子區(qū)域，比例顯著高于保守的番茄MIRNA基因。有75.7％(53個(gè))番茄特有MIRNA基因上下游共50kb

7、的序列在馬鈴薯基因組中存在共線性區(qū)段，但只有52.9％(37個(gè))能在馬鈴薯基因組中找到MIRNA基因的等位位點(diǎn)。選擇部分位點(diǎn)的側(cè)翼序列設(shè)計(jì)引物在茄屬其他物種內(nèi)進(jìn)行PCR檢測(cè)并測(cè)序，可以發(fā)現(xiàn)在茄屬物種分化過(guò)程中發(fā)生的短片段反向復(fù)制、短片段插入或丟失、長(zhǎng)片段插入或丟失等各類事件。在番茄和馬鈴薯從共同祖先分化的過(guò)程中，番茄新生MIRNA通過(guò)反向復(fù)制事件產(chǎn)生的比例并不高。新發(fā)現(xiàn)的slyl-newt22位點(diǎn)在馬鈴薯和番茄分化過(guò)程中很可能出現(xiàn)了基于