家蠶基因組中轉座子的水平轉移.pdf

1、轉座子是指一段能從宿主基因組一個位點移到另一位點的DNA片段?；谒鼈兊霓D座機制，轉座子可以分為RNA和DNA轉座子。RNA轉座子主要通過―復制和粘貼（copy and paste）‖機制轉座的；而DNA轉座子主要通過―剪切和粘貼（cut and paste）‖機制轉座的。隨著越來越多的基因組被測序，科學家們發(fā)現(xiàn)轉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，轉座子在基因組大小、染色體的結構、基因組重排、新基因生成和鄰近基因結

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

3、知的。
　　本文應用多種分子生物學方法分析了家蠶中 hAT，Chapaev和MITEs特征及進化歷史，同時還對RAG1基因的起源進行了詳細的分析，得到的主要結論如下：
　?、偌倚Q和長紅獵蝽（Rhodnius prolixus）中一個新的hAT轉座子的特征及進化歷史：通過同源性搜索的方法，在家蠶和長紅獵蝽中鑒定了一個 hAT轉座子。結構和系統(tǒng)發(fā)生分析表明它們代表一個新的hAT家族。另外，還發(fā)現(xiàn)它在家蠶基因組中產(chǎn)生了一個微型反向

4、重復轉座子(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，說明Bm-MITE15在家蠶基因組中可能有活性。最后，通過系統(tǒng)發(fā)生、密碼子偏好性、純化選擇以及轉座子的分布分析證明了這個新的hAT轉座子是通過水平轉移到家蠶和長紅獵蝽?；谏鲜鎏攸c，這個新的hAT轉座子可作為錐蝽轉基

5、因中非常有用的和高效的分子工具。
　?、?Chapaev轉座子在不同物種間的水平轉移：插入偏好性分析發(fā)現(xiàn)所有Chapaev3轉座子在轉座過程中，兩側產(chǎn)生TWA（W代表A或者T）靶位點重復序列（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，詳細地分析了Chapaev3轉座子的三個成員：Merrow，Garfield和Conan。首先，為了

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

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

8、明它們起源于一個共同的祖先，可以被認為是同一個轉座子在不同遺傳背景下的進化。通過同源性搜索和序列延伸的方法，發(fā)現(xiàn)了可能負責它們轉座的自主轉座子。這些自主轉座子分布在六個非脊椎動物中。進一步的分析表明它們是通過水平轉移到這些宿主內(nèi)的?；谏鲜鼋Y果，提出了家蠶中MITEs的起源和進化模型：一個古老的自主轉座子最初通過水平轉移到鱗翅目昆蟲祖先中，推測捻翅目寄生蟲可能是水平轉移的載體；隨后，這個自主轉座子在鱗翅目昆蟲祖先中產(chǎn)生大量的缺失衍生物（

9、也包括MITEs）；最后，家蠶通過垂直遺傳獲得MITEs。
　?、?Novel_NA可能代表了一類新的MITEs：本文鑒定的Novel_NA轉座子家族缺乏編碼能力，序列短和高拷貝的特性，暗示它可能是一個短的散在元件（SINE）或者MITE。隨后，基于序列特征和二級結構分析，證實了Novel_NA是一個MITE，并推測Novel_NA，HzMINE-2和DINE-1可能在昆蟲中代表了一類新MITEs。
　　上述的結果表明家蠶基

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