家蠶基因組中轉(zhuǎn)座子的水平轉(zhuǎn)移.pdf

1、轉(zhuǎn)座子是指一段能從宿主基因組一個(gè)位點(diǎn)移到另一位點(diǎn)的DNA片段?；谒鼈兊霓D(zhuǎn)座機(jī)制，轉(zhuǎn)座子可以分為RNA和DNA轉(zhuǎn)座子。RNA轉(zhuǎn)座子主要通過(guò)―復(fù)制和粘貼（copy and paste）‖機(jī)制轉(zhuǎn)座的；而DNA轉(zhuǎn)座子主要通過(guò)―剪切和粘貼（cut and paste）‖機(jī)制轉(zhuǎn)座的。隨著越來(lái)越多的基因組被測(cè)序，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子在生物體基因組中占很大比例。此外，最近很多研究表明，轉(zhuǎn)座子在基因組大小、染色體的結(jié)構(gòu)、基因組重排、新基因生成和鄰近基因結(jié)

2、構(gòu)與表達(dá)調(diào)控等方面扮演重要角色并為生物復(fù)雜性進(jìn)化提供了原材料，因此轉(zhuǎn)座子正逐漸成為基因組學(xué)和功能基因組學(xué)研究的熱點(diǎn)。
　　作為鱗翅目昆蟲(chóng)的模式生物，家蠶（Bombyx mori）是唯一已知的完全被馴化的昆蟲(chóng)，是遺傳學(xué)研究的好材料。全基因組分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子大概占家蠶基因組的35％。在已測(cè)序昆蟲(chóng)基因組中，家蠶轉(zhuǎn)座子含量是第二多的，僅低于埃及伊蚊（Aedes aegypti）的47%。然而，對(duì)于家蠶基因組中轉(zhuǎn)座子的起源和進(jìn)化歷史仍然還是未

3、知的。
　　本文應(yīng)用多種分子生物學(xué)方法分析了家蠶中 hAT，Chapaev和MITEs特征及進(jìn)化歷史，同時(shí)還對(duì)RAG1基因的起源進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得到的主要結(jié)論如下：
　?、偌倚Q和長(zhǎng)紅獵蝽（Rhodnius prolixus）中一個(gè)新的hAT轉(zhuǎn)座子的特征及進(jìn)化歷史：通過(guò)同源性搜索的方法，在家蠶和長(zhǎng)紅獵蝽中鑒定了一個(gè) hAT轉(zhuǎn)座子。結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)生分析表明它們代表一個(gè)新的hAT家族。另外，還發(fā)現(xiàn)它在家蠶基因組中產(chǎn)生了一個(gè)微型反向

4、重復(fù)轉(zhuǎn)座子(miniature inverted-repeat transposable elements, MITEs)，Bm-MITE15。Bm-MITE15拷貝之間序列的高保守性以及在不同家蠶品系中的插入/缺失多態(tài)性，說(shuō)明Bm-MITE15在家蠶基因組中可能有活性。最后，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)生、密碼子偏好性、純化選擇以及轉(zhuǎn)座子的分布分析證明了這個(gè)新的hAT轉(zhuǎn)座子是通過(guò)水平轉(zhuǎn)移到家蠶和長(zhǎng)紅獵蝽?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，這個(gè)新的hAT轉(zhuǎn)座子可作為錐蝽轉(zhuǎn)基

5、因中非常有用的和高效的分子工具。
　　② Chapaev轉(zhuǎn)座子在不同物種間的水平轉(zhuǎn)移：插入偏好性分析發(fā)現(xiàn)所有Chapaev3轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)座過(guò)程中，兩側(cè)產(chǎn)生TWA（W代表A或者T）靶位點(diǎn)重復(fù)序列（target site duplication，TSD），并且鄰近它們5′端TSD的堿基往往是A，而鄰近它們3′端TSD的堿基往往是T。隨后，詳細(xì)地分析了Chapaev3轉(zhuǎn)座子的三個(gè)成員：Merrow，Garfield和Conan。首先，為了

6、排除假陽(yáng)性，應(yīng)用PCR克隆測(cè)序證實(shí)了這些轉(zhuǎn)座子確實(shí)存在于這些物種中。隨后，通過(guò)直系同源位點(diǎn)，插入時(shí)間，密碼子偏好性，純化選擇，轉(zhuǎn)座子分布和宿主的地理分布等分析證實(shí)了它們是通過(guò)水平轉(zhuǎn)移到它們宿主內(nèi)的。其中，多分DNA病毒可能是這些物種中Chapaev轉(zhuǎn)座子水平傳播的載體。另外，宿主-寄生蟲(chóng)的相互作用有利于它們間Chapaev轉(zhuǎn)座子的水平轉(zhuǎn)移。
　　③重組激活基因1（RAG1）基因的起源：通過(guò)分析Chapaev，Transib和RAG

7、1的序列以及它們的進(jìn)化關(guān)系，提出了兩種 RAG1基因可能起源的模型： RAG1基因代表一個(gè)嵌合體，是Chapaev轉(zhuǎn)座子N末端區(qū)域和Transib轉(zhuǎn)座子C末端區(qū)域融合的結(jié)果；RAG1基因既不起源于Chapaev轉(zhuǎn)座子，也不起源于Transib轉(zhuǎn)座子，而是和它們起源于一個(gè)共同的祖先。
　?、芗倚Q和長(zhǎng)紅獵蝽中六個(gè)MITEs的特征和進(jìn)化歷史：在家蠶和長(zhǎng)紅獵蝽中鑒定了六個(gè)MITEs，它們有高的核苷酸序列一致性，相似的TIRs和整合位點(diǎn)，表

8、明它們起源于一個(gè)共同的祖先，可以被認(rèn)為是同一個(gè)轉(zhuǎn)座子在不同遺傳背景下的進(jìn)化。通過(guò)同源性搜索和序列延伸的方法，發(fā)現(xiàn)了可能負(fù)責(zé)它們轉(zhuǎn)座的自主轉(zhuǎn)座子。這些自主轉(zhuǎn)座子分布在六個(gè)非脊椎動(dòng)物中。進(jìn)一步的分析表明它們是通過(guò)水平轉(zhuǎn)移到這些宿主內(nèi)的?；谏鲜鼋Y(jié)果，提出了家蠶中MITEs的起源和進(jìn)化模型：一個(gè)古老的自主轉(zhuǎn)座子最初通過(guò)水平轉(zhuǎn)移到鱗翅目昆蟲(chóng)祖先中，推測(cè)捻翅目寄生蟲(chóng)可能是水平轉(zhuǎn)移的載體；隨后，這個(gè)自主轉(zhuǎn)座子在鱗翅目昆蟲(chóng)祖先中產(chǎn)生大量的缺失衍生物（

9、也包括MITEs）；最后，家蠶通過(guò)垂直遺傳獲得MITEs。
　　⑤ Novel_NA可能代表了一類(lèi)新的MITEs：本文鑒定的Novel_NA轉(zhuǎn)座子家族缺乏編碼能力，序列短和高拷貝的特性，暗示它可能是一個(gè)短的散在元件（SINE）或者M(jìn)ITE。隨后，基于序列特征和二級(jí)結(jié)構(gòu)分析，證實(shí)了Novel_NA是一個(gè)MITE，并推測(cè)Novel_NA，HzMINE-2和DINE-1可能在昆蟲(chóng)中代表了一類(lèi)新MITEs。
　　上述的結(jié)果表明家蠶基

10、因組中的自主轉(zhuǎn)座子（hAT和Chapaev）是通過(guò)水平轉(zhuǎn)移到家蠶基因組的。然而，非自主轉(zhuǎn)座子MITEs是通過(guò)垂直遺傳到家蠶基因組的。這些結(jié)果將會(huì)有利于我們更好的理解轉(zhuǎn)座子在家蠶中的進(jìn)化歷史以及起源。此外，上述結(jié)果也表明 RAG1基因可能有兩種起源模式： RAG1基因是Chapaev和Transib轉(zhuǎn)座子的一個(gè)嵌合體；或者RAG1基因與Chapaev，Transib起源于一個(gè)共同的祖先。這些結(jié)果將有助于我們更全面地理解―RAG轉(zhuǎn)座子‖模型