不同甘蔗著絲粒DNA序列的組成、結構與演化分析
發(fā)布時間：2020-06-20 11:29
【摘要】：甘蔗是重要的糖料作物之一,約占世界上食糖總產(chǎn)量的八成。割手密SES208、Molokai6081和熱帶種LA Purple是重要的甘蔗育種材料,其基因組倍性高、染色體數(shù)目多、重復序列比例高,嚴重制約了甘蔗基因組學的研究。目前,割手密SES208的單倍體AP85-441基因組序列已經(jīng)公布,Molokai6081和LA Purple基因組草圖已經(jīng)繪制完成。著絲粒在物理結構上表現(xiàn)為細胞分裂中期染色體的主縊痕,在功能上非常保守,介導細胞分裂時期染色體的準確分離。著絲粒DNA序列主要由衛(wèi)星重復序列、反轉錄轉座子和少量基因序列組成,其演化速度較快,通常缺乏保守結構。因此,著絲粒區(qū)域往往難以組裝,嚴重阻礙了基因組的拼接工作。基于功能著絲粒區(qū)域含有組蛋白H3變體CenH3這一典型特征,我們開展了Molokai6081和LA Purple染色質(zhì)免疫共沉淀實驗,并對測序數(shù)據(jù)進行生物信息學分析。研究結果如下:(1)基于序列相似性聚類分析獲得了Molokai6081和LA Purple全基因組的重復序列,重復序列基因組占比高達82.2%和82.8%,其中LTR類反轉錄轉座子分別為42.08%和44.80%,高比例的重復序列嚴重阻礙了甘蔗基因組的組裝。(2)基于重復序列富集分析得到了Molokai6081和LA Purple候選著絲粒特異序列,通過細胞學驗證分別得到了五條著絲粒特異重復序列,并且這些序列具有較高相似性,在兩個甘蔗種中比較保守。序列注釋發(fā)現(xiàn)Molokai6081和LA Purple著絲粒重復序列由衛(wèi)星重復和Ty3/Gypsy類反轉錄轉座子組成,具有典型的著絲粒序列特征。(3)基于序列比對分析和細胞學實驗結果,發(fā)現(xiàn)這五條序列在SES208、Molokai6081和LA Purple基因組中比較保守。進一步分析發(fā)現(xiàn),有兩條Ty3/Gypsy類反轉錄轉座子屬于玉米著絲粒反轉錄轉座子(CRM)序列。這些結果表明CRM序列在三個甘蔗種中較為保守,推測這些序列形成于染色體加倍事件之前,并且在長期的演化進程中被較為完整的保留下來。(4)基于生物信息學分析,明確了SES208、Molokai6081和LA Purple基因組的著絲粒位置,并指出了部分染色體著絲粒區(qū)域的錯誤組裝,為基因組的組裝提供了參考�；谵D錄組數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)SES208、Molokai6081和LA Purple著絲粒區(qū)域均存在有轉錄活性的基因,并且這些基因都存在于H3區(qū)域。這些結果對不同甘蔗種著絲粒序列的組成、結構及演化研究提供了參考,為基因組著絲粒區(qū)域的組裝提供了建議,推動了甘蔗基因組學的研究。
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S566.1
【圖文】：
5圖 1-1 著絲粒的結構模式圖[35]Figure 1-1 Model of centromere1.2.2 植物著絲粒的序列組成和演化特征植物著絲粒 DNA 序列主要由衛(wèi)星重復序列、著絲粒反轉錄轉座子序列（Centromeric retrotransposon, CR）以及其它序列組成[36]。衛(wèi)星重復序列通常穿插分布于反轉錄轉座子內(nèi)部。同時，著絲粒往往存在部分拷貝數(shù)較低的 DNA 序列以及包含少數(shù)具有一定轉錄活性的基因[36-38]。衛(wèi)星重復序列在長度以及分布上往往表現(xiàn)出種間特異性。水稻衛(wèi)星重復單體 CentO 長度為 155bp，重復長度范圍在 65 kb-2 Mb 之間。玉米衛(wèi)星重復單體 CentC 長度為 156 bp，不同染色體的重
1 文獻綜述復長度范圍在 180 kb-2Mb 之間�；谖覀冎暗难芯浚收嶂z粒衛(wèi)星重復單體 SCEN 長度為 140 bp[23]。根據(jù)比較基因組學的結果，物種間的衛(wèi)星重復序列基本不具有較高的同源性。反轉錄轉座子屬于可轉座元件（Tansposibleelements,TE）中的 ClassⅠ中的一類[39]。根據(jù)反轉錄轉座子 POL 蛋白中 RT-RH 和 IN 不同的排列順序，可進一步分為 Gypsy 和 Copia 兩類[39]（圖 1-2）。盡管其具有不同的結構，但著絲粒特異反轉錄轉座子在禾本科分歧大約 6000 萬年后仍為具有高度保守的轉座元件[40]。此外，有研究結果表明，盡管大多數(shù)著絲粒序列由高度重復序列組成，但該區(qū)域仍存在具有一定轉錄活性的基因，這一現(xiàn)象在水稻、玉米、馬鈴薯、棉花等物種中均有報道[41-44]。
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S566.1
【圖文】：
5圖 1-1 著絲粒的結構模式圖[35]Figure 1-1 Model of centromere1.2.2 植物著絲粒的序列組成和演化特征植物著絲粒 DNA 序列主要由衛(wèi)星重復序列、著絲粒反轉錄轉座子序列（Centromeric retrotransposon, CR）以及其它序列組成[36]。衛(wèi)星重復序列通常穿插分布于反轉錄轉座子內(nèi)部。同時，著絲粒往往存在部分拷貝數(shù)較低的 DNA 序列以及包含少數(shù)具有一定轉錄活性的基因[36-38]。衛(wèi)星重復序列在長度以及分布上往往表現(xiàn)出種間特異性。水稻衛(wèi)星重復單體 CentO 長度為 155bp，重復長度范圍在 65 kb-2 Mb 之間。玉米衛(wèi)星重復單體 CentC 長度為 156 bp，不同染色體的重
1 文獻綜述復長度范圍在 180 kb-2Mb 之間�；谖覀冎暗难芯浚收嶂z粒衛(wèi)星重復單體 SCEN 長度為 140 bp[23]。根據(jù)比較基因組學的結果，物種間的衛(wèi)星重復序列基本不具有較高的同源性。反轉錄轉座子屬于可轉座元件（Tansposibleelements,TE）中的 ClassⅠ中的一類[39]。根據(jù)反轉錄轉座子 POL 蛋白中 RT-RH 和 IN 不同的排列順序，可進一步分為 Gypsy 和 Copia 兩類[39]（圖 1-2）。盡管其具有不同的結構，但著絲粒特異反轉錄轉座子在禾本科分歧大約 6000 萬年后仍為具有高度保守的轉座元件[40]。此外，有研究結果表明，盡管大多數(shù)著絲粒序列由高度重復序列組成，但該區(qū)域仍存在具有一定轉錄活性的基因，這一現(xiàn)象在水稻、玉米、馬鈴薯、棉花等物種中均有報道[41-44]。
【參考文獻】
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1 劉青;;植物著絲粒結構及進化的研究進展[J];熱帶亞熱帶植物學報;2015年05期
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3 劉建樂;白昌軍;嚴琳玲;;割手密種質(zhì)資源的產(chǎn)能潛力評價[J];廣東農(nóng)業(yè)科學;2014年24期
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6 丁戈;姚南;吳瓊;劉恒;鄭國
本文編號：2722350
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