棉铃虫非自主性Helitron转座子HaLep1的鉴定与水平转移研究

摘要

转座子广泛分布于几乎所有真核生物基因组中，转座子的插入能够影响宿主基因的结构、功能和表达，是基因组进化的重要动力。水平转移是指遗传物质在具有生殖隔离的物种间的横向移动。尽管目前在多细胞真核生物间发生转座子水平转移的例子已经有200多个，但其机制尚不完全明确。Helitron是最近发现的一个转座子超家族，不同于典型的DNA转座子，Helitron转座子在整合到宿主基因组的过程中没有发生靶标位点重复，也不产生末端重复序列。本文以非自主性Helitron转座子Lep1为研究对象，利用生物信息学和分子生物学方法，研究其在鳞翅目昆虫中的分布，以及在鳞翅目昆虫、非鳞翅目昆虫和物种间的水平转移及其机制，研究结果对于揭示昆虫Helitron转座子的分子进化机制具有重要意义，同时也将为鳞翅目昆虫的系统发生关系研究提供重要的理论依据。
　　以通过基因组步移方法获得的位于棉铃虫Helicoverpa armigera细胞色素P450基因CYP6AE12翻译起始密码子上游756bp的HaLep1_1作为信息探针，通过Blastn分析在nr/nt(nucleotide collection)数据库中鉴定了21个与HaLep1_1具有高度相似性的棉铃虫HaLep1全长序列，分别命名为HaLep1_2—HaLep1_22。多重序列比对发现，这些序列都具有Lep1转座子的典型结构，包括5'-TC和3'-CTRY特征序列以及位于获得序列3'-末端的CTRR基序，并且插入宿主基因组的A、T碱基之间。系统发生分析发现，棉铃虫Lep1转座子可以分为3个主要支系，支系A（HaLep1A）包括6个HaLep1转座子，支系B(HaLep1B)和C（HaLep1C）分别包括6个和9个HaLep1转座子;支系A和支系B转座子与134bp的Lep1一致序列相似性为83％-89％，但支系C转座子与Lep1一致序列相似性只有68％-78％，表明各支系可能独立转移进入棉铃虫基因组。
　　以HaLep1_1为信息探针，对NCBI鳞翅目nr/nt和EST(expressed sequencetag)数据库进行Blastn分析，发现HaLep1_1与美洲棉铃虫Helicoverpazea和烟芽夜蛾Heliothis virescens序列相似性最高，并且HaLep1的3'端获得序列都只发现于美洲棉铃虫和烟芽夜蛾中。通过PCR和同源检索进一步对HaLep1的插入多态性进行分析发现，在检测的12个棉铃虫个体样本中存在HaLep1_1插入的个体占25％，在棉铃虫HaLep1_20的旁系同源位点(FP340435)没有发现Lep1转座子插入，同样在美洲棉铃虫HaLep1_8的直系同源位点(DQ788839)也没有发现Lep1转座子插入。HaLep1_1在棉铃虫不同个体间的插入多态性表明HaLep1_1可能近期发生过转座;HaLep1_8在两个近缘物种中的插入多态性表明HaLep1_8可能水平转移到棉铃虫和美洲棉铃虫的共同祖先中，但随后在美洲棉铃虫的直系同源位点该拷贝发生丢失。
　　以134bp的鳞翅目Lep1一致序列为信息探针，对非鳞翅目昆虫基因组数据库和NCBI非鳞翅目的WGS(whole genome shotgun)、nr/nt、GSS(genome surveysequences)、HTGS(high throughput genomic sequences)以及EST数据库进行Blastn分析，发现Lep1转座子存在于2种蚜虫（豌豆蚜Acyrthosiphon pisum与棉蚜Aphis gossypii）、2种寄生蜂（菜蛾盘绒茧蜂Cotesia vestalis与佛罗里达多胚跳小蜂Copidosoma floridanum）、1种甲虫（光肩星天牛Anoplophoraglabripennis）、2种茧蜂病毒和家蚕微孢子虫Nosema bombycis等非鳞翅目昆虫和物种中。Lep1转座子的不连续分布、在远缘物种之间高度的序列相似性以及Lep1转座子与其宿主系统发生的不一致性都表明Lep1转座子发生了水平转移。其中，家蚕微孢子虫Nb Lep1和佛罗里达多胚跳小蜂CfLep1的获得序列与其鳞翅目昆虫宿主的序列相似性超过90％，表明宿主与寄生物间的相互作用推动了转座子的水平转移。此外，还根据本文数据对Lep1转座子水平转移的可能方向和潜在载体开展了讨论。

目录

论文说明

摘要

文献综述

1．转座子的水平转移

1．1 转座子概述

1．2 真核生物中转座子水平转移的研究进展

2．Helitron转座子研究进展

2．1 Helitron转座子的概述

2．2 Helitron转座子的鉴定

2．3 Helitron转座子的分布

2．4 Helitron转座子的水平转移机制

3．研究的目的和意义

1 前言

2 材料与方法

2．1 供试昆虫

2．2 昆虫基因组DNA提取

2．3 数据库检索

2．4 棉铃虫转座子HaLep1插入多态性分析

2．5 棉蚜转座子的克隆

2．5．1 PCR扩增

2．5．2 PCR产物克隆与测序

2．6 序列分析

3 结果与分析

3．1 棉铃虫Lep1转座子的鉴定及其在近缘种中的分布

3．1．1 棉铃虫转座子HaLep1的鉴定

3．1．2 棉铃虫转座子HaLep1在其近缘种中的分布

3．1．3 棉铃虫转座子HaLep1插入多态性分析

3．2 非鳞翅目昆虫和物种中Lep1相似序列的鉴定与水平转移分析

3．2．1 非鳞翅目昆虫和物种中Lep1相似序列鉴定

3．2．2 Lep1转座子的水平转移

4 讨论

4．1 转座子水平转移机制

4．2 Lep1转座子的水平转移方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

声明