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长末端重复序列(Long terminal repeat,LTR)反转录转座子是真核生物基因组中普遍存在的一类可移动的DNA序列,因两端具有长末端重复序列而得名。多数LTR反转录转座子能够感受外界环境的变化,具有转录激活特性和转座激活特性。本研究从毛竹基因组中克隆出一条完整的LTR反转录转座子,命名为PHRE6(Phyllostachys edulis retrotransposons6),分析和鉴定了该转座子的结构特性,并观察了胁迫下的毛竹LTR转座子在RNA水平和DNA水平的变化来鉴定该转座子的活性。 1.利用已公布的毛竹基因组数据库,通过LTR-STRUC软件查找基因组中具有完整结构的LTR转座子。依据结构域完整性和LTR同源性,选择了一个LTR转座子PHRE6。该转座子全长为5620bp,核苷酸序列编码区含有4821bp的开放阅读框,具有转座需要的GAG(Retrotransposon gag protein,GAG)和完整的Pol(Polymerase,Pol)保守结构域,具有PBS(Prime bingding site,PBS)、PPT(Polypurine tract,PPT)及两端的LTR序列;根据Pol编码区中INT(Integrase,INT)、RT(Reverse transcriptases,RT)、RH(Ribonuclease H,RH)、PR(Pepsin-like aspartate proteases,PR)的排列顺序,可以判断PHRE6属于LTR反转录转座子中的Ty1/Copia超家族;两端LTR序列同源性为99.08%,插入时间为34.62万年;LTR序列中含有糖代谢反应和胚乳表达的顺式调控元件以及光响应元件。 2.为了进一步确认PHRE6转座子的转录活性及组织特异性,通过荧光定量PCR检测了三个结构域在毛竹根、笋以及叶片三个不同组织及DNA甲基化抑制剂与四个胁迫处理下的毛竹实生苗(包括辐照、高温、低温、高盐处理)转录水平的变化,发现PHRE6在叶子中的表达量明显高于根和笋中的表达量;在三个梯度的辐照处理后的表达量相对未经处理的野生型来说有所下调,在DNA甲基化抑制剂处理后和高温(42℃)、低温(4℃)、高盐(100mmol/L、200mmol/L、300mmol/L NaCl溶液)胁迫处理下表达水平均有显著的提高,该结果能够说明PHRE6是一个具有转录活性的反转录转座子,可能参与毛竹逆境响应过程。 3.为了进一步确认PHRE6转座子的转座活性,通过SYBR Green荧光定量PCR检测PHRE6在毛竹基因组中拷贝数的变化。研究发现:高温(42℃)、低温(4℃)、三个梯度的高盐,50μmol/L、150μmol/L DNA甲基化抑制剂处理下拷贝数有增加。这些结果分析表明PHRE6转座子的转座活性能够在DNA甲基化抑制的情况下和一定胁迫下被激活。 4.本研究构建了一个酵母检测系统来研究LTR反转录转座子(PHRE2)的转座机制,相较于以往通过检测插入多态性,拷贝数等的方法更为直观。本方法是通过构建针一个携带编码区和一个携带有反向内含子的组氨酸报告基因的LTR的载体,将两个重组载体转化至酵母内,通过缺陷培养基的筛选来证明并筛选转座子的转座,并经过基因组高通量测序分析转座子在酵母基因组中的新的插入位点。 综上,本研究从毛竹基因组中克隆出一条完整的LTR反转录转座子PHRE6,分析和鉴定了该转座子的结构和特性,并观察了胁迫下的毛竹LTR转座子在RNA水平和DNA水平的变化来鉴定该转座子的活性,结果说明PHRE是一条具有潜在激活活性的LTR反转录转座子。同时构建更为准确直接的酵母监测系统鉴定LTR反转录转座子的转座活性。