论文部分内容阅读
MITE(Miniature Inverted-repeat Transposable Element)是一种小型的、非自主型的转座元件,在结构上它与DNA转座元件很类似,但其在基因组中的高拷贝数更类似于反转录转座元件。越来越多的证据表明:MITE是进行植物遗传学与基因组学研究的有力工具。为了更好地理解和利用这类转座元件,本文综合利用生物信息学与分子生物学方法,对小麦基因组中MITE元件的分子特征进行了研究,并利用它开发出了一种新型的分子标记。
利用一种基于RepeatMasker与BLASTn的生物信息学方法,从现有小麦基因组序列数据库中鉴定出143个MITE序列,其中的111个是第一次被发现。鉴定出的这些MITE分别属于Stowaway、Tourist以及Pangrija家族。当把起始密码子上游1000bp,终止密码子下游500bp定义为基因区时,约70%的MITE是插入到基因区(都是基因的非编码区),这表明MITE在小麦基因组中的分布具有基因倾向性。同时,小麦基因组中的MITE也以巢式转座元件的形式存在,即一个MITE元件的内部还包含其它类型的遗传元件。通过对巢式转座元件的分析,本研究鉴定出3个新的MITE家族,分别命名为Shennong、Xuanyuan和Fuxi。同时,首次在MITE元件的内部发现了基因片段以及solo-LTR。这样的巢式转座元件的出现提示我们:MITE可以通过为宿主基因提供额外的编码序列或者启动子来影响它们的表达。根据在某一位点是否出现同一MITE元件,发现许多MITE元件具有插入多态性。并且这样的插入多态性不仅存在于小麦同一基因的不同拷贝之间,也存在于不同小麦品种的同一基因位点之间。
通过序列比对发现,Eos家族各成员之间有着很高的序列相似性(大于90%),这表明它可能是新近转座的MITE家族。通过PCR扩增与Southern杂交分析发现:Eos家族具有狭窄的物种分布,它很可能是小麦族基因组所特有的。这一结果进一步表明,Eos是新近转座的MITE家族。通过点杂交和BAC文库筛选发现,Eos家族在小麦基因组中具有高的拷贝数(104以上)。当用Eos元件BLAST小麦的EST数据库时,搜索到许多包含Eos元件的EST,这说明Eos在小麦基因组中的分布是有基因倾向性的。高的序列相似性、高的拷贝数以及基因倾向性表明:Eos是一个可以用来开发分子标记的候选家族。
本研究成功地开发了一种适用于小麦基因组的MITE-display技术。利用Eos家族,采用MITE-display技术,以ITMI重组自交系为作图群体,开发出了第一批104个Eos MITE衍生的分子标记,这些标记分布于小麦的全部21条染色体上。通过与原有的遗传图进行整合,最后得到的遗传连锁图共有1397个标记位点,总的遗传距离为2291 cM,标记位点间的平均遗传距离为1.59 cM。在这104个Eos衍生的标记中,有14个标记定位于各自所在连锁群的末端,这使原有的连锁图共延长了78 cM。此外,有20个标记定位于原有遗传连锁图上图距大于5 cM的作图空隙,它们使得这些空隙得到了填充。随机回收、测序了40个Eos标记,并把它们的序列在GenBank之中进行同源性搜索。最后,在已知的植物基因或者小麦的EST之中找到了它们的同源性序列,这表明本研究所开发出的Eos标记具有基因倾向性。MITE衍生的分子标记可以拓宽分子标记的来源,为小麦基因组提供更多的、基因倾向性的标记来饱和现有的遗传连锁图。不断饱和的遗传图谱会提高分子标记辅助选择育种的效率,便于功能基因的图位克隆。