BmMITE-2l轉座元件的適應性進化及對插入位點附近基因的影響.pdf

1、考古證據表明，家蠶由大約5，000年前的野桑蠶經歷人工馴化而來。在古代，中國把蠶視為國寶，為了保護蠶絲生產的秘密，嚴厲禁止走私蠶或蠶卵到其它國家。這項禁令持續(xù)了幾千年，直到養(yǎng)蠶技術傳播到日本、中東及歐洲一些國家。作為鱗翅目昆蟲的代表，家蠶是至今已知的唯一被人類完全馴化的經濟類昆蟲，也是進行遺傳學研究的好材料。據統(tǒng)計，世界范圍內家蠶資源共有約1000個品系。根據地理位置，歷史上人為的將家蠶分為中系、日系、歐系和熱帶系統(tǒng)四大系統(tǒng)，同時野外也

2、存在著豐富的野桑蠶資源，這為我們研究家蠶與野桑蠶之間的遺傳多態(tài)性提供了有利的條件。西南大學蠶學與系統(tǒng)生物學研究所保存的家蠶基因庫是目前世界上保存系統(tǒng)最多的基因庫，這些家蠶品系為研究家蠶的適應性進化提供了豐富的遺傳材料。
　　 隨著近年來大規(guī)模的基因測序的發(fā)展，發(fā)現真核生物基因組中含有大量的重復序列，因此要研究真核生物基因組的進化和起源，就必須研究轉座元件對宿主基因組的影響。轉座元件是一種重復的DNA片段，能夠在基因組中隨機移動，

3、進而改變宿主基因組的結構和功能。當轉座元件跳躍而插入到某個功能基因時，就可能誘發(fā)產生突變，突變是沒有方向的，對于單個個體來說大多數突變可能是有害的，而對于整個物種來說突變能夠產生大量的遺傳變異來適應多變的外界環(huán)境，進而加速物種的進化[1]。
　　 家蠶基因組中轉座元件所占的比例和其它已測序真核生物相比，僅低于玉米、大麥、人和小鼠等，遠高于昆蟲中的果蠅和按蚊，占整個家蠶基因組的比例約40％[2]。家蠶基因組中的轉座元件主要由sho

4、rt interspersed nuclear elements(SINEs)和Non-long interspersed nuclearelements(non-LTRs)組成[3]。另外，家蠶中miniature inverted-repeat transposable elements(MITEs)轉座元件可以分為17個家族[2]。其中，Bombyx mori miniature inverted-repeattransposab

5、le element-2(BmMITE-2)家族在基因組中具有拷貝數多，同源性高和最近可能發(fā)生過爆發(fā)式擴張等特征。因此，本文使用生物信息學、群體遺傳學和分子生物學的方法，對家蠶BmMITE-2家族及其插入位點附近區(qū)域進行深入系統(tǒng)的研究。主要研究結果如下：
　　 1、BmMITE-2家族在家蠶中的插入缺失多態(tài)性分析以家蠶轉座元件BmMITE-2序列作為問詢序列，在NCBI和SilkDB[4]的核苷酸數據庫中進行Blastn同源性搜

6、索，發(fā)現BmMITE-2插入在ecdysteroid-regulated16kDa protein precursor(5.16 kDa)、Capa-a protein(Capa-a)、methyltransferase、ubiquinone biosynthesis proteinCOQ7-like protein(COQ7-L)、glucose-6-pheshate isomerase(1g6p)五個基因中。除COQ7-L的插入位點

7、是在5'UTR區(qū)域外，其余四個基因的插入位點都在3'UTR區(qū)域。根據這5個插入位點在基因組上的位置信息，在其兩端設計引物，應用PCR技術來普查這5個插入位點在4個家蠶地理系統(tǒng)中的插入缺失多態(tài)性。并在此基礎上分析了宿主種群的遺傳關系。結果表明，在基因COQ7-L的5'UTR區(qū)域，所選用的116個家蠶品系中，BmMITE-2插入的品系有11個，僅占9.48％，并且都集中在中系和熱帶系統(tǒng)。剩余四個基因BmMITE-2插入品系基因型所占頻率所占

8、比例依次是：68.6％、71.95％、60.33％、55.32％。然后又選取16個野桑蠶品系進行插入缺失多態(tài)性分析，發(fā)現這些野桑蠶品系中，基因COQ7-L中沒有發(fā)現插入，而其它的四個基因中都發(fā)現有插入。
　　 根據BmMITE-2家族的5個插入位點的種群多態(tài)性分析，我們可以得到除BmMITE-2在基因1g6p和COQ7-L外，BmMITE-2在其它插入位點的基因型分布基本都符合Hardy-Weinberg平衡(P>0.05)；各

9、種群的遺傳分化主要集中在種群內部，且在不同的插入位點分化程度也不一樣；同時，對家蠶4個地理系統(tǒng)間的遺傳距離和系統(tǒng)發(fā)生分析暗示家蠶四大系統(tǒng)間并無明顯界限。
　　 2、BmMITE-2誘導的適應性插入對COQ7-L基因5'UTR區(qū)域中的BmMITE-2在不同家蠶和野桑蠶品系中插入缺失情況進行深入的研究。我們選取了10個插入品系，13個缺失品系。然后，對這23個家蠶品系中插入位點和距離插入位點前后2kb、5kb區(qū)域的側翼序列進行克隆測

10、序，發(fā)現BmMITE-2的插入品系序列多態(tài)性顯著低于缺失品系。系統(tǒng)發(fā)生分析發(fā)現，插入品系和缺失品系分別聚類在一起。我們猜測這個結果可能是由BmMITE-2的插入而引起的；也有可能是由于這些插入是最近發(fā)生的，所以在該位點具有BmMITE-2插入的品系在親緣關系上較近。為了解決這個問題，我們選取了部分品系對其線粒體CR區(qū)域序列進行發(fā)生分析，排除了第二種可能。
　　 通過RT-PCR的方法，檢測插入和缺失品系中基因COQ7-L的時期和

11、組織表達情況，結果表明插入和缺失品系中，該基因在時期表達沒有明顯的差別；但是在組織表達上，該基因的插入和缺失品系中有較大的差異，其中在缺失品系中的卵巢、絲腺、脂肪體、中腸和氣管中沒有表達，而在插入品系中均有表達。
　　 本文首次在家蠶中應用生物信息學及分子生物學的方法研究轉座元件的群體多態(tài)性及適應性插入，另外，我們強調的是轉座元件對基因調控的作用。這不但對我們理解物種的多態(tài)性有很大的幫助，而且對理解轉座子的作用即增加基因的調控網