基于大规模群体测序的水稻转座子变异研究

摘要

转座子是一段可以在基因组上自我复制或者“跳跃”的DNA片段。活跃转座子的转座会在个体间产生丰富的转座子变异，给宿主的生命活动造成影响。利用不同个体异常比对的读段序列信息可鉴定转座子变异。
　　目前，对水稻转座子的研究往往只是针对小规模的水稻群体或者特定功能的转座子，大规模群体水平的水稻转座子研究还十分稀缺。随着新一代测序技术的发展，越来越多的水稻高通量数据产生，这为研究水稻群体的转座子变异提供了很好机会。本研究利用“3000份水稻基因组计划”公布的3243份高覆盖度水稻基因组测序数据和数据库RiTE-db中的水稻转座子数据，对水稻群体中的转座子变异进行了注释研究，主要结果如下:
　　1、以日本晴IRGSP1.0为参考基因组，对3243份水稻的重测序数据进行了转座子变异鉴定，鉴定结果精确到1kb。最终检测到62555个转座子变异，DTM和RLG是变异最多的两类转座子，并且发现自发转座子有1593个，非自发转座子有35163个，非自发转座子要比自发转座子更活跃。利用珍汕97和明恢63基因组对鉴定的结果进行了评估，敏感性最高可达到达到了98％以上。
　　2、对转座子变异进行了初步分析。发现DNA转座子和反转录转座子插入的富集区分别是常染色质区域和异染色质区域;其中Tos17和其所在的RLC家族是反转录转座子中的特例，更偏向于插入到常染色质区域。而且，转座子的激活存在热点区，这些热点区域呈现常染色质富集趋势。
　　3、对活跃转座子的生物学意义进行了挖掘。结合24nt siRNA数据，发现活跃转座子区域会有24nt siRNA富集;通过与ATAC-seq数据结合，发现DNA转座子更倾向于插入染色质开放区。
　　本研究完成了群体水平的转座子变异的注释和分析，加深了对水稻群体中转座子转座特点的了解，这为深入研究水稻转座子的功能和基因组的演化可能会有一定的帮助。

目录

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 研究问题的由来

1．2 文献综述

1．2．1 转座子分类标准

1．2．2 转座子注释的研究进展

1．2．3 转座子的生物学意义的挖掘

1．3 研究目的和意义

2 材料与方法

2．1 材料

2．1．1 水稻材料

2．1．2 水稻转座子数据

2．1．3 剑叶小RNA数据

2．1．4 ATAC-seq数据

2．1．5 珍汕97和明恢63基因组数据

2．2 方法

2．2．1 非参考基因组转座子变异位点的鉴定

2．2．2 转座子变异鉴定结果的评估

2．2．3 成对转座子的识别及类型判断

2．2．4 KNN对异常读段数进行校正

2．2．5 转座子与24 nt siRNA

2．2．6 转座子插入位点的染色质开放强度

2．2．7 转座子测序验证策略

3 结果与分析

3．1 水稻群体的转座子变异位点

3．2 转座子变异鉴定结果的评估

3．3 敏感性偏低的原因

3．5 KNN校正

3．6 转座子变异的测序验证

3．7 活跃转座子的转座特点

3．7．1 活跃转座子的最终确定

3．7．2 活跃转座子插入的整体分布

3．7．3 活跃转座子激活的热点

3．7．4 DNA转座子比反转录转座子更活跃

3．7．4 非自发转座子比自发转座子更活跃

3．8 活跃转座子的活跃程度与24 nt siRNA的关系

3．9 活跃转座子的影响

4 讨论

4．1 水稻大规模群体转座子活跃位点的鉴定

4．2 借助珍汕97和明恢63对转座子变异评估

4．3 转座子变异的生物意义挖掘

4．4 展望

参考文献

附录

致谢