基于PCR策略检测转座子对拟南芥基因进化适应性

摘要：转座子在植物基因组中的广泛存在及其在植物基因组的进化中扮演的角色使其越来越受到人们的关注。转座子可以以多种方式引起基因组和染色体的进化,包括插入引起的基因变异,基因的后移,染色体的重组,基因和为异位重组支点等。另外,转座子对基因的适应性进化也有。本研究选择来自世界不同地理来源的拟南芥(Arabidopsis thapana)的34个生态型(包括已测序的哥伦比亚生态型)为实验,将与拟南芥分化时间已知的芸薹属和1个拟南芥属植物作为外类群,围绕转座子对其寄主基因的适应性了研究。用生物信息学方法对照已被测序的拟南芥基因组预测有转座子插入的基因,共发现2639个转座子和基因的体。再寄主基因的功能,转座子在基因中的长度和其插入在基因中的位置,从中选择了7个转座子基因的体。PCR方法在核苷酸上检测了转座子基因体在选择的实验中的存在频率,从而确定转座子的起源、转座子对寄主基因的适应性以及转座子在寄主基因中保留的。实验结果,基因1,2,3,4,5,6和7中的转座子在拟南芥(Arabidopsis thapana)的34个生态型和外类群(或外类群)中都被稳定保留下来并固定在功能基因的外显子中,了这些基因中的转座子对它们的寄主基因的进化具有十分的适应性,并可能受到了一个选择清扫作用。拟南芥(Arabidopsis thapana)与拟南芥外类群A.arenosa的分化时间是6百万年前,拟南芥(Arabidopsis thapana)与芸薹属外类群的分化时间是14.5-24百万年前,而基因1,2,3,5,6和7中的转座子在的外类群中都存在,所以可以推测基因1,2,3,5,6和7中的转座子至少是在14.5-24百万年前插入的。基因4中的转座子在外类群大白菜和小白菜中不存在,但是在甘蓝、花椰菜和拟南芥外类群(A.areosa)中都存在,甘蓝与拟南芥(Arabidopsis thapana)的分化时间是14.5-20百万年前,而该实验中外类群大白菜、小白菜和花椰菜与拟南芥(Arabidopsis thapana)的分化时间是在24百万年前只是非常粗略的计算结果,那么就可以推测花椰菜与拟南芥(Arabidopsis thapana)的分化比大白菜和小白菜与拟南芥(Arabidopsis thapana)的分化更晚。多态性分析结果,基因1、基因4和基因6的转座子片段的SNP多态性都地高于转座子的侧翼区域,转座子在这些功能基因的编码区域的插入保留可能促进了基因的突变进化。自然选择检验结果也基因1中的转座子片段受到了正选择的作用。关键词：转座子基因体论文适应性进化论文自然选择论文拟南芥论文

摘要8-9

Abstract9-10

1 前言10-22

1.1 研究的目的和10

1.2 国内外研究进展10-22

1.2.1 转座子的种类10-13

1.2.2 高等植物反转录转座子的特征13-14

1.2.3 转座子的遗传变异与生物遗传多样性14-15

1.2.4 转座子--基因组进化的动力15-19

1.2.5 转座子对基因表达、功能和进化的影响19-22

2 与方法22-27

2.1 22

2.1.1 实验22

2.1.2 试剂及耗材22

2.2 实验方法22-27

2.2.1 拟南芥的种植22-23

2.2.2 DNA 提取23

2.2.3 实验所用基因的筛选23

2.2.4 引物设计23-24

2.2.5 PCR 反应24-25

2.2.6 PCR 产物纯化25-26

2.2.7 纯化产物测序26

2.2.8 序列整理与分析26-27

3 结果和分析27-48

3.1 不同地理来源的拟南芥27-28

3.2 选择的外类群28-29

3.3 本实验筛选到的所用基因29-30

3.4 被筛选到的基因的结构图及其在拟南芥生态型中的存在情况30-38

3.4.1 基因1 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况30-31

3.4.2 基因2 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况31-32

3.4.3 基因3 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况32-33

3.4.4 基因4 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况33-34

3.4.5 基因5 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况34-35

3.4.6 基因6 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况35-36

3.4.7 基因7 的结构图与其在拟南芥生态型中的存在情况36-38

3.5 转座子基因的体在外类群中的存在情况38-41

3.5.1 基因和转座子的体在外类群中的存在情况38-41

3.6 多态性统计分析41-45

3.6.1 基因1 的多态性分析41-42

3.6.2 基因2 的多态性分析42

3.6.3 基因3 的多态性分析42-43

3.6.4 基因4 的多态性分析43

3.6.5 基因5 的多态性分析43-44

3.6.6 基因6 的多态性分析44

3.6.7 基因7 的多态性分析44-45

3.7 距离分析45

3.8 自然选择检验45-48

4 讨论48-51

4.1 转座子基因的体在拟南芥生态型和外类群中的存在情况 分析48

4.2 多态性统计分析48-49

4.3 转座子对基因进化的适应性49

4.4 自然选择检测49-51

5 51-52

致谢52-53