DNA甲基化对猪反转座基因的起源、演化及生存的作用

摘要

DNA甲基化属于表观遗传学修饰，这类修饰具有稳定且可遗传的特点，可以在不改变DNA序列的前提下，调控基因的转录水平。反转座基因是指，在反转座酶的作用下，其父基因表达的mRNA经过反转录形成cDNA后，插入到基因组中新的位置，从而形成一个新的基因。反转座基因是生物发生演化的重要驱动力之一。然而，目前还未有人深入研究过DNA甲基化对猪的反转座基因的起源、演化及生存的作用。为此，我们通过分析猪中8个不同组织的简化代表性亚硫酸氢盐测序(reduced representation bisulfite sequencing，RRBS)数据和与之相对应的转录组数据，来研究反转座基因的DNA甲基化修饰机制，主要研究结果如下:
　　1.在猪中一共鉴定了964个反转座拷贝，其中有560个反转座拷贝对猪新基因的起源有着重大贡献。
　　2.通过GO富集和KEGG通路分析，发现新基因多与脂质代谢和多糖的生物合成有关。因此我们推测，反转座新基因的产生有利于猪中蛋白质和脂肪的积累。
　　3.在不同的基因结构区域中，父基因呈现了不一样的DNA甲基化趋势，而反转座基因均呈现出高甲基化趋势。我们发现，父基因在基因体(gene body)区呈现出低甲基化水平，这使得父基因转录的mRNA有更大的几率被反转录，产生更多的反转座拷贝，从而有利于反转座拷贝的起源。而反转座基因则一直呈现出高甲基化水平，可能是出于一种防卫机制—防止反转座基因因产生个别有害突变，在选择压力的作用下被过早地剔除掉。反转座基因的高甲基化可以增加基因的突变率，从而更有利于其在短时间内积累更多的突变，在自然选择的作用下，个别有利的突变有助于它们的生存。
　　4.父基因和反转座基因在基因体区的DNA甲基化受到选择压力的影响。
　　5.反转座基因在启动子区域的DNA甲基化水平随着演化时间发生改变，并且调控着反转座基因的表达。
　　综上所述，研究结果一方面证明了反转座事件有利于猪的新基因的形成，另一方面探讨了DNA甲基化修饰在猪的反转座基因的起源、演化和生存中起到的重要的调控作用。

目录

声明

摘要

缩略词表(Abbreviation)

1 前言

1．1 研究问题的由来

1．2 文献综述

1．2．1 反转座基因

1．2．2 新基因的起源

1．2．3 新基因的演化过程

1．2．4 DNA甲基化及其机制

1．2．5 二代测序中基因组甲基化测序的几种常规方法

1．3 研究目的和意义

2 材料与方法

2．1 猪反转座拷贝的鉴定

2．2 Ka、Ks估算及选择压力计算

2．3 甲基化数据的获取和分析

2．4 相对甲基化分歧度

2．5 GO富集分析

2．6 统计学分析

3 结果

3．1 猪中反转座新基因的鉴定

3．2 基因起源的年限的估计

3．3 反转座功能基因的鉴定

3．4 新基因的功能富集和信号通路分析

3．5 反转座基因和其父基因的甲基化修饰模式的建立

3．6 反转座基因启动子区域的甲基化水平的变化趋势

3．7 重复基因的甲基化水平分歧度与选择压力的关系的分析

3．8 DNA甲基化与反转座基因表达水平之间的关系的探究

3．9 反转座基因呈现组织特异性表达

3．10 启动子DNA甲基化水平与反转座基因的表达水平之间的关系的研究

4 讨论

4．1 在猪基因组中反转座新基因的爆发

4．2 大多数反转座基因可能是功能基因

4．3 有助于肌肉和脂肪的发育的反转座新基因因人工或自然选择而被保留了下来

4．4 DNA甲基化水平的变化有利于反转座基因的起源和存活

4．5 反转座基因的启动子区域的DNA甲基化水平随着演化时间的推移而变化

4．6 基因体DNA甲基化分歧度与选择压力有关

4．7 DNA甲基化调控反转座基因的表达

5 结论

参考文献

致谢