棉花着丝粒DNA组成与结构分析及染色体空间分布规律研究

摘要

着丝粒作为真核生物染色体上必备的功能元件，参与动粒的组建、染色体的分离、姊妹染色单体的粘合、同源染色体的配对等重要生物
　　学过程。着丝粒序列主要是由反转座子以及卫星重复组成，但在不同的物种间甚至是在近缘物种间呈现高度变异，因此，难以克隆分析。本研究通过基于着丝粒上具有的特异组蛋白 CENH3（ centromeric histone H3；亦称 CENP-A）的染色质免疫沉淀和高通量测序分析（ChIP-seq），开展了四倍体棉 D基因组祖先种雷蒙德氏棉着丝粒DNA的发掘与分析。结果显示：
　　（1）该棉种着丝粒内具有的重复序列属于LTR类反转座子，归属于植物CRM反转座子家族。
　　（2）比较分析后发现，这些序列在四倍体棉A基因组祖先种中棉（AA）中不存在或只有极低拷贝数，但在四倍体陆地棉（AADD）中则出现大量扩增。因此，暗示棉花多倍化后D组着丝粒中的重复序列发生了爆发式增长。
　　（3）结合转录组数据分析，发现着丝粒区仍然存在转录活性基因，但在密度以及表达水平上较染色体其它区域显著降低。
　　（4）此外，在现有的参考基因组上对着丝粒区域进行了标定，同时，也结合着丝粒定位结果指出部分染色体在着丝粒区的组装存在错误。
　　这一工作的开展对解析着丝粒结构和功能之间的关系及其演化机制提供了有效的数据支持，对未来人工染色体构建以及在棉花育种中的应用奠定了基础。
　　染色体在细胞核内并不是随机分布的，而是会占据特定的核空间，形成染色体领域（CT）。有研究证明，基因组的
　　这种有序组织形式对于基因的表达调控以及基因组功能的正常行使来说至关重要。因此，近些年基因组三维结构的解析已经成为了功能基因组研究的重要内容。通过对陆地棉（AADD）细胞有丝分裂中期染色体分布行为的探究发现：
　　（1）陆地棉的 A、D组染色体在空间上发生了分离，并呈现出了典型的径向（Radial）排布模式,即染色体形态较小的D组染色体会聚集在细胞核的中心部位，而形态较大的 A组染色体倾向于散布在核的外围。
　　（2）在对人工六倍体棉花（AADDGG）染色体分布行为的观察中发现，由于G组染色体的进入，A组与D组染色体间所具有的有序排布会被扰乱。但该六倍体与陆地棉不断回交后，随着G组染色体的不断丢失，A、D组染色体间的径向分布模式又重新建立。
　　（3）另外，在人工合成的四倍体棉花（AAGG）中也发现了相似的基因组分离现象。这些结果表明，基因组分离模式的建立是在四倍体棉花形成后很短的时间内完成的，并且能在四倍体棉花内稳定的遗传。
　　结合其它动植物研究，我们推测基因组的分离在不同基因组间应普遍存在。这一发现为阐明植物细胞内基因组的构象规律及其功能提供了证据和借鉴。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 植物着丝粒研究现状

1.2 染色体领域研究

1.3 染色体领域的研究方法

1.4 棉花相关研究

1.5 本研究的目的和意义

第二章 棉花着丝粒DNA组成与结构分析

2.1 材料与数据

2.2 数据分析

2.3 数据分析基本流程

2.4 结果与分析

2.5 讨论

第三章 棉花染色体空间分布规律研究

3.1 材料与数据

3.2 数据分析

3.3 数据分析基本流程

3.4 结果与分析

3.5 讨论

第四章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

附录A 棉花着丝粒序列结构

附录B 棉花着丝粒CENH3结合区和基因表达情况

附录C 棉花染色体空间分布规律检验

攻读硕士学位期间研究成果

致谢