【摘 要】
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大刍草是现代栽培玉米的祖先种,蕴含了大量优良的抗性基因,是拓宽玉米种质的优良基础材料。转座子曾被认为是“垃圾DNA”,但越来越研究表明其在生物体中的重要性。随着测序技术的发展,大刍草及玉米基因组已经被测序。但是对含转座子的大刍草特异基因尚不明确。本研究首先利用比较基因组手段分析玉米B73与墨西哥大刍草(Zea mays ssp.Mexicana)基因组从而鉴定了含转座子的大刍草特异基因,其次对这些
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大刍草是现代栽培玉米的祖先种,蕴含了大量优良的抗性基因,是拓宽玉米种质的优良基础材料。转座子曾被认为是“垃圾DNA”,但越来越研究表明其在生物体中的重要性。随着测序技术的发展,大刍草及玉米基因组已经被测序。但是对含转座子的大刍草特异基因尚不明确。本研究首先利用比较基因组手段分析玉米B73与墨西哥大刍草(Zea mays ssp.Mexicana)基因组从而鉴定了含转座子的大刍草特异基因,其次对这些基因进行选择压分析,然后评估了人工选择对转座子丢失的影响和对DUF1644家族进行了分析,最后开发了大刍草特异基因的转座子分子标记并在玉米和大刍草中进行了实验验证。主要研究结果如下:1.含转座子的大刍草特异基因鉴定及选择压分析:含转座子的大刍草特异基因有1958个,包含转座子6662个。大刍草特异基因中反转录转座子(54.53%)多于DNA转座子(45.15%)。选择压分析发现含转座子的大刍草特异基因与B73直系同源基因对的平均dN/dS值(0.3438)大于整体大刍草与B73直系同源基因对的平均dN/dS值(0.3094)和Mo17与B73直系同源基因对的平均dN/dS值(0.3290),表明含转座子的大刍草特异基因整体上在驯化与现代遗传改良过程中表现为选择压放松的趋势。此外,含转座子的大刍草特异基因与B73直系同源基因对中受正向选择的基因比例(5.12%)大于整体大刍草与B73直系同源基因对中受正向选择的比例(4.98%),表明转座子的插入使得一些基因更易发生适应性进化。2.人工选择对转座子丢失的影响:通过分析含转座子的大刍草特异基因所对应的35个玉米材料中受人工选择的直系同源基因,发现大量受人工选择的直系同源基因分别在不同的玉米材料中存在转座子的丢失,其中一个玉米XTH家族基因(Zm00001d014617)在36个玉米材料(包括玉米B73)中都不含有转座子,而对应大刍草特异直系同源基因(ZMex03g012878)中则含一个类PIF-Harbinger转座子。该基因响应植物激素和其他环境信号,在植物生长发育中起重要作用。这表明人工选择对转座子的进化有显著的影响。3.含转座子的大刍草特异DUF1644基因家族分析:从20种植物中鉴定了210个含DUF1644功能域的基因。转座子分析发现,苔癣和卷柏低等植物中的DUF1644基因不含转座子,单子叶植物比双子叶物中更容易插入转座子。4.转座子分子标记开发及实验验证:总共开发了特异基因中的转座子标记3470个。基于e-PCR结果,我们随机挑选了在大刍草中能扩出单带且在玉米B73中也能扩出带的40对引物在4个玉米材料中进行试验验证,发现随机挑选的40对标记至少在一个材料中可以扩增出带,平均PIC值为0.15。另外,基于e-PCR结果,我们随机挑选了在大刍草中能扩出单带而在玉米不能扩出带的30对引物在3个大刍草材料中进行试验验证,其中28对引物至少在一个材料中可以扩增出带,平均PIC值为0.2875。
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