八种榕小蜂中Ty1-copia反转座子反转座酶序列的特征与进化分析

摘要

榕树(桑科：榕属)与榕小蜂(昆虫纲：膜翅目：小蜂总科)是研究植物与昆虫共生关系的经典材料。榕树的榕果之内通常生活着多种榕小蜂，在这些榕小蜂中一般只有一种是传粉榕小蜂，它们与宿主榕树是一种严格专一性的互利共生关系，其它均为非传粉榕小蜂，不同种榕树对应的非传粉榕小蜂在数量与种类上差别很大。此外，生活于同一榕果内的不同种榕小蜂因处于不同的生态位，所承受的选择压力也不相同，特别是传粉榕小蜂，由于它们与宿主榕树的关系更为严格，因而所承受的选择压力可能更大。
　　 可移动元件(TransposableElements，TEs)，即转座子，是一些可在基因组内不同位点之间移动的遗传元件，它们广泛分布于真核生物的基因组中。因为TEs相对于宿主基因具有更高的复制频率，而且由此产生的转座事件一般会降低宿主的适合度，所以早期人们普遍认为这些元件是宿主基因组内的“自私元件”或“垃圾DNA”。然而，随着相关研究的深入，TEs对宿主基因组的进化革新作用逐渐显现出来。首先，TEs转座活性的高低与宿主基因组，特别是植物基因组的大小具有密切关系；其次，TEs转座导致的重组事件对宿主基因组的结构具有强烈的重塑作用；第三，转座子的转座与重组事件还会导致宿主染色体发生各种形式的变异，因而导致基因组的进化甚至新物种的产生；此外，TEs可能还会通过引入额外的调控元件、外显子以及剪接位点从而对宿主基因产生一些调控作用，使宿主表现出新的性状。
　　 转座元件基于不同的转座机制可分为两大类：DNA转座子(转座中间体为DNA)和反转座子(转座中间体为RNA)，两者可进一步分为多种不同的超家族。本文研究的Ty1-copia超家族元件属于反转座子中的一个亚类--LTR反转座子。Ty1-copia超家族成员在序列两端均具有长末端重复序列(LongTerminalRepeat，LTR)，而且元件内部具有多个编码框，编码产物均与元件转座相关。但该类元件的转座主要受宿主选择压力的调控。目前对Ty1-copia元件在真核生物中的调查研究主要集中于各种植物，而动物乃至昆虫中相关数据相对较少。此外，Ty1-copia元件的数据早期大多是通过常规克隆手段获得，但随着大规模基因组测序技术的成熟，越来越多的Ty1-copia序列可通过生物信息学手段来鉴定。然而，榕小蜂属于非模式生物，大规模基因组测序要求高昂的资金耗费显得不太可行。因此，为了了解Ty1-copia元件在榕小蜂类群中的丰度、多样性以及分布与进化，我们利用前人基于该类元件反转座酶序列设计的几套兼并引物，通过常规分子克隆，从对叶榕Ficushispida与垂叶榕Ficusbenjamina上的两种传粉榕小蜂与六种非传粉榕小蜂中分离并鉴定了约160条Ty1-copia元件反转座酶基因rt的部分序列(rt35区)。结果表明：
　　 (1)榕小蜂中Ty1-copia反转座元件存在高度的多态性以及复杂的分布格局。与金小蜂Nasoniavitripennis参考序列具有较高序列相似性的元件(即NvTc组元件)在非传粉榕小蜂中一般都具有非常高的丰度，而且这些元件能够进一步分为多个亚组，各亚组在不同小蜂物种间的分布并不均匀，其中一些亚组的元件明显具有转座活性。相反，传粉榕小蜂中的NvTc组元件不仅丰度较低，而且多样性也不高，我们推测传粉榕小蜂中活性元件的比例可能非常低。
　　 (2)Ty1-copia元件在榕小蜂不同物种间，特别是在传粉与非传粉榕小蜂之间受到明显不同的选择压力。不同种榕小蜂在同义替换速率与非同义替换速率的比值上存在差异，说明这些元件在不同榕小蜂之间受到不同程度的选择压力。选择压力的不同还表现在这些元件所形成的亚组在不同种榕小蜂间的差异分布以及序列多样性差异上。另外，Ty1-copia元件在不同榕小蜂物种基因组内的多态性与进化过程可能取决于宿主基因组对这些元件不同的选择压力--从而导致物种内元件发生不同程度的丢失。但Ty1-copia元件自身的转座活力也不可忽视。
　　 (3)通过比较基于ITS2序列、线粒体cox1基因构建的系统发育关系与反转座元件Ty1-copiart35序列的系统发育关系，结合部分rt35序列在不同物种间的高度一致性以及Ty1-copia元件在榕小蜂种系间不连续的分布格局，我们推测Ty1-copia元件在不同种榕小蜂间可能存在转座子横向转移(HorizontalTransposonTransfer，HTT)事件，但还需要设计进一步的实验进行验证。