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反转录转座子广泛存在于真核生物的基因组中,具有较高的拷贝数和较大的全长,因此在基因组中往往占有较大的比例,尤其在植物中可高达75%。反转录转座子不仅影响基因组的大小,而且对基因和基因组的进化同样发挥着重要作用,如调控基因表达、改变基因结构、重排染色体、维持基因组稳定等。此外,反转录转座子也被广泛地用作分子标记和基因标签,在遗传学研究和分子育种中发挥着重要作用。 TRIM(Terminal-repeat Retrotransposons in Miniature)作为一类长度较小的LTR反转录转座子几乎存在于所有的维管束植物,甚至动物中。它们在基因和基因组的进化以及遗传学研究中发挥着重要作用。本研究从玉米的基因组中鉴定到一类TRIM(命名为Wukong),并通过基因组学、生物信息学、分子生物学等方法分析它们的插入多态性和转座活性,以此评估它们作为分子标记和基因标签的潜在应用价值。主要研究结果如下: 1.Wukong转座子的全长为532 bp,在玉米B73基因组中共有215个拷贝,散在分布于10条染色体上。分析发现Wukong拥有TRIM转座子的特征,然而部分拷贝有多个LTR串联,呈现其特有结构。此外,在玉米基因组中还鉴定到一个潜在能介导Wukong发生转座的自主转座子Sanzang,该转座子可能通过自身的重组形成Wukong转座子。 2.利用高通量测序数据从25个NAM群体的亲本中共鉴定到87个非参考的Wukong转座子位点(仅存在于重测序品系的基因组中,而在参考基因组B73中不存在)。基于这些位点的插入有无发现Wukong家族在不同的群体、甚至不同的品系间呈现较高的插入多态性,由此推测Wukong在玉米的驯化和改良过程中或许仍保持着转座活性。基于Wukong的插入多态性对75个玉米品系的遗传进化关系和群体结构进行分析,表明利用该转座子可正确地推断它们之间的系统发生关系,由此证实Wukong转座子可作为分子标记应用于系统进化研究和分子育种中。 3.利用酵母转化系统对Sanzang和Wukong转座子的活性及其之间的潜在关系进行研究,然而并未检测到转座子在酵母中的转座。推测其可能原因是TRIM转座子的转座频率低不易被检测,或是对宿主的要求较为苛刻不适于酵母分析。尽管如此,该研究揭示相对于DNA转座子,外源反转录转座子更难在酵母中进行转座。 综上所述,本研究通过对Wukong转座子的研究,不仅发现它们具有特殊的LTR串联形式,而且还鉴定到一个潜在的能介导其转座的自主转座子,这将有助于探究TRIM的重组机制和转座机理。此外,利用高通量测序数据揭示Wukong转座子具有较高的插入多态性和潜在的转座活性,为今后在遗传学研究和分子育种中的潜在应用提供理论支持。