果梅LTR类逆转座子序列特征及遗传多样性的SSAP分析

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逆转座子是广泛存在于植物中的一类转座元件,是目前已知数量最大的一类可活动遗传因子;具长末端(long terminal repeats,LTR)类逆转座子主要可以分为Ty1-copia类和Ty3-gypsy类,其转座的发生需以RNA为中介,采用“复制-粘贴”的方式进行。因此,其引起的突变为稳定突变,对植物基因组大小、结构、基因功能以及基因和基因组进化等都有重要影响。果梅属于蔷薇科(Rosaceae)、李属(Prunus L.)、核果类果树,起源于中国,具有悠久的栽培历史,其果实不仅具有较高的营养价值,而且还有很好的保健作用。但是,关于果梅基因组中转座元件的研究还未见报道,对果梅基因组中逆转座子的含量、异质性、分布和转录活性等的研究将有助于提高我们对其基因组的组成、结构、进化等方面的认识,从而有利于果梅基础遗传学研究,加快其育种进程。本论文以‘甲州小梅’为试验材料,对其基因组内Ty1-copia和Ty3-gypsy类逆转座子的异质性、转录活性、拷贝数等进行了分析;同时,利用基于Ty1-copia类逆转座子的SSAP分子标记技术对果梅不同种群的遗传多样性进行了分析。主要研究结果如下:1.以5个果梅品种的休眠枝韧皮部为材料,采用改良CTAB法提取基因组总DNA,并与其相应幼叶的DNA提取效果进行了比较分析。结果表明:该方法从5个果梅品种的休眠枝韧皮部中均能提取出基因组总DNA,且DNA的纯度和完整性都较好,D260nm/D280nm比值均在1.8-2.0之间,无降解现象,RNA去除较干净,能被限制性内切酶完全消化;经SSAP分析验证,发现韧皮部DNA的电泳表型与其相应幼叶完全一致(引物组合为LTR-1/EcoR-ACC,LTR-2/EcoR-ACC),且均表现为条带清晰,多态性好,表明此方法提取的果梅休眠枝韧皮部总DNA完全适于SSAP分析。2.用兼并引物通过普通PCR扩增获得了果梅基因组中Ty1-copia和Ty3-gypsy类逆转座子中逆转录酶的保守片段。Ty1-copia和Ty3-gypsy类逆转座子的RT片段长度分别约为260和430 bp。序列分析表明:克隆得到的所有序列都富含AT碱基,其中Ty1-copia类AT/GC是1.11-1.86,Ty3-gypsy类是1.01-1.95;在所获得的62条Ty1-copia和40条Ty3-gypsy类逆转座子的RT序列中,分别含有32.3%和27.5%终止密码子突变或(和)移框突变;且都具有高度的异质性,其中Ty3-gypsy类低于Ty1-copia类逆转座子,其平均差异分别为45.3%和40.7%。聚类分析显示,果梅中一些逆转座子RT序列与其它物种的相似性明显高于其自身序列彼此间的同源性。Southern,点杂交分析表明,这两类逆转座子在果梅基因组中都以高拷贝形式存在,其中Ty1-copia类约7.9×103个拷贝,Ty3-gypsy类约1.0×104个拷贝,分别占基因组的18.4%和33.3%。虽然对果梅叶片经过紫外光(UV),2,4-D及两者的混合处理,但RT-PCR均未检测到有活性的逆转座子,而dN/dS分析表明,果梅中的这两类逆转座子均具有潜在的转录活性。3.本文通过对常规逆转座子克隆方法的改进,成功地获得了果梅Tyl-copia类逆转座子的RNase H-LTR序列,该方法具有可靠、高准确率和低耗费的特性。所分离的果梅11条序列的长度不等,其PPT结构、IR中的序列组成也不尽相同;其中有5条序列的PPT结构中存在着嘧啶碱基突变,且序列PmLTR6发生了重组突变。将这11条序列进行聚类分析发现,所有序列可以分为三组。对果梅的11条序列的LTR区域进行启动子分析,分别有10和9条序列中存在着"CAAT-box"和"TATA-box"的启动子元件,此外受光、热、干旱、植物激素(脱落酸、赤霉素)调控的作用元件;PmLTR10还存在着在分裂组织和胚乳中特异表达的作用元件。从桃基因组中获得了3条RNase H-LTR序列,这3条序列进行聚类可以分为两组,且其PPT、IR区域也不完全相同,其LTR区域分析发现序列PpLTR1和PpLTR3中含有受细胞分裂的调控的作用元件,在序列PpLTRl中还存在着受水杨酸调控的作用元件。4.利用从果梅基因组克隆到的3’-LTR序列,建立了适于果梅遗传多样性分析的SSAP分子标记技术体系,结果表明在LTR引物3’端加一个选择性碱基,可明显增加多态性带数,退火温度对PCR产物扩增无显著影响;并利用此技术体系对60个果梅品种的遗传多样性进行了分析。结果显示,在对所有果梅品种按其国家来源划分并进行群体遗传多样性分析时,发现中国的遗传多样性高于日本;按照产地划分品种群,发现浙江江苏地方品种群的遗传多样性最高,且存在着品种群特异变异;遗传一致度分表明,4个品种群的亲缘关系较近,其中浙江江苏品种群和云南四川湖南地方品种群的一致度最高,其次为日本品种群和云南四川湖南品种群,分别为0.9687和0.9669,同时表明日本品种群和云南四川湖南地方品种群的遗传分化较小,说明日本的果梅可能引自中国的西南地区。60个品种可分成5大组,但没有明显的红梅类、青梅类和白梅类的划分。用Structure软件对果梅的遗传结构进行了预测。
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