異源四倍體棉花中兩個LTR逆轉(zhuǎn)座子家族的鑒定及特征分析.pdf

1、逆轉(zhuǎn)座子（Retrotransposons）是植物基因組中種類最多、分布最廣的轉(zhuǎn)座元件，占總DNA含量一半以上。其轉(zhuǎn)座過程需要以RNA為媒介，遵從“復(fù)制-粘貼”的模式在基因組中產(chǎn)生一個新的拷貝，這一轉(zhuǎn)座機(jī)制使得逆轉(zhuǎn)座子成為植物基因組主要的組成成分。同時通過插入基因編碼區(qū)或附近，逆轉(zhuǎn)座子可以改變基因的表達(dá)水平。大量研究表明，逆轉(zhuǎn)座子在植物基因組進(jìn)化過程中發(fā)揮了重要的作用，對植物基因組的大小、組成以及基因的結(jié)構(gòu)、功能等方面具有重要影響。近年

2、來逆轉(zhuǎn)座子已成為研究基因克隆與表達(dá)、生物多樣性及物種進(jìn)化的重要工具，對植物基因的序列組成、拷貝數(shù)和轉(zhuǎn)錄表達(dá)等研究均有重要意義。
　　棉花（Gossypium）是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)生的棉纖維是在紡織行業(yè)中使用最多的天然纖維，在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。二倍體棉種雷蒙德氏棉、亞洲棉以及異源四倍體棉種陸地棉、海島棉基因組測序的完成，為全面鑒定棉花逆轉(zhuǎn)座子并分析其在基因組中的進(jìn)化提供了絕佳的機(jī)會。目前，對棉花轉(zhuǎn)座子的分析大多集中

3、在種類或超家族水平，而對某一逆轉(zhuǎn)座子家族的鑒定和詳細(xì)分析鮮有報道。
　　本研究針對異源四倍體棉種中兩個LTR逆轉(zhuǎn)座子家族（DOCL和REL逆轉(zhuǎn)座子家族），在全面鑒定其家族成員的基礎(chǔ)上，對這兩個逆轉(zhuǎn)座子家族成員的分類、分布特征、插入?yún)^(qū)間偏好性和對靶標(biāo)基因的表達(dá)水平的影響等方面進(jìn)行分析。
　　主要結(jié)果如下：
　　1兩個LTR逆轉(zhuǎn)座子家族在異源四倍體棉種中顯著擴(kuò)增
　　在對GhDOCL逆轉(zhuǎn)座子分子特征分析的基礎(chǔ)上，從已

4、完全測序的棉花基因組中鑒定了DOCL逆轉(zhuǎn)座子家族，包含陸地棉逆轉(zhuǎn)座子157個，海島棉逆轉(zhuǎn)座子112個和雷蒙德氏棉逆轉(zhuǎn)座子73個；以海島棉逆轉(zhuǎn)座子 GbRE1為探針序列，鑒定了REL逆轉(zhuǎn)座子家族，包含陸地棉逆轉(zhuǎn)座子92個，海島棉逆轉(zhuǎn)座子43個。其中在亞洲棉中沒有DOCL逆轉(zhuǎn)座子，而亞洲棉和雷蒙德氏棉中均沒有REL逆轉(zhuǎn)座子。此外，定量PCR分析表明異源四倍體棉種中DOCL逆轉(zhuǎn)座子的拷貝數(shù)較雷蒙德氏棉明顯增加。這些結(jié)果表明DOCL和REL逆轉(zhuǎn)

5、座子家族均在異源四倍體棉種中顯著擴(kuò)增。
　　2 LTR逆轉(zhuǎn)座子家族的進(jìn)化分析
　　應(yīng)用MEGA6.0軟件分別對這兩個LTR逆轉(zhuǎn)座子家族進(jìn)行進(jìn)化分析。DOCL逆轉(zhuǎn)座子家族包括9個組，其中G1-G4和G9在四倍體出現(xiàn)之后顯著擴(kuò)增；而G5-G8是由四倍體形成前的D基因組產(chǎn)生，在異源四倍體棉種中無明顯擴(kuò)增。REL逆轉(zhuǎn)座子家族包括2個組，均在四倍體出現(xiàn)之后顯著擴(kuò)增。
　　3 LTR逆轉(zhuǎn)座子在棉花基因組中的分布
　　DOCL

6、和REL逆轉(zhuǎn)座子大致均勻地分布在不同染色體組的不同染色體上，未檢測到同一家族或者同一組的LTR逆轉(zhuǎn)座子聚集在染色體的某個區(qū)段，說明這兩個逆轉(zhuǎn)座子家族在基因組中的擴(kuò)增是隨機(jī)的。
　　根據(jù)LTR逆轉(zhuǎn)座子的插入位置及其上下游序列，鑒定出DOCL逆轉(zhuǎn)座子在不同棉種中的等位插入位點(diǎn)，并通過PCR擴(kuò)增驗證LTR逆轉(zhuǎn)座子在不同異源四倍體棉種材料中的插入位點(diǎn)。結(jié)果表明大部分的LTR逆轉(zhuǎn)座子在不同棉種中的插入位置不同，說明其在不同棉種中的擴(kuò)增是相對

7、獨(dú)立的。
　　應(yīng)用BLASTX分析LTR逆轉(zhuǎn)座子側(cè)翼序列的蛋白編碼特性，結(jié)果表明DOCL和REL逆轉(zhuǎn)座子的插入位點(diǎn)大部分處于基因編碼區(qū)。
　　4 LTR逆轉(zhuǎn)座子和蛋白編碼基因的關(guān)系
　　結(jié)合PCR檢測和BLASTX分析結(jié)果，選取在陸地棉或海島棉基因編碼區(qū)特異插入的DOCL和REL逆轉(zhuǎn)座子，分析其靶基因的表達(dá)水平。結(jié)果表明逆轉(zhuǎn)座子的插入顯著降低或消除了12個靶基因（8個DOCL靶基因和4個REL靶基因）在棉花不同組織中的