明尼苏达被毛孢中的Helitron转座元件

摘要

Helitron是真核生物中存在的，以滚环方式进行复制的DNA转座元件。Helitron在动植物中的研究最为透彻，它们经常插入基因内部或基因附近，导致靶位点基因插入失活或表达改变，更重要的是它们捕获旁侧基因并驱动其共同扩张，因而Helitron在基因组、基因和表型的演化过程中起着重要作用。大豆胞囊线虫是导致大豆减产的重要虫害，而明尼苏达被毛孢Hirsutella minnesotensis是其专性寄生真菌和生防菌。本研究以H.minnesotensis基因组为依据，以自主Helitrons元件编码的转座酶RepHel为切入点，对明尼苏达被毛孢中的自主和非自主Helitrons元件进行全面分析，以揭示其结构特征和编码特征，分析其对基因和基因组进化的影响。本研究获得以下结果:
　　RepHel转座酶系统发育分析结果显示，明尼苏达被毛孢基因组中存在两类自主的Helitron元件HmHeli1和HmHeli2;其中HmHeli1不仅具有保守的末端序列和结构，而且编码序列高度相似、甚至完全一致的RepHel转座酶，表明HmHeli1在基因组中发生了近期扩张并依旧活跃。HmHeli1符合Helitron2元件的结构及编码特征，即5'和3'末端分别存在保守序列“TCAG”和“TATTTT”，3'末端存在富含GC的发卡结构，近末端存在不对称的反向重复序列ATIRs，5'端的ATIR及其附近序列可以形成发卡结构;编码的转座酶包含锌指、Rep和Helicase结构域，但不包含核酸内切酶结构域。
　　根据HmHeli1的结构特征，我们对H.minnesotensis基因组中的HmHeli1进行了从头预测。共发现35个自主和59个非自主的完整HmHeli1元件，占整个基因组大小的0.59％;RepeatMasker分析结果表明HmHeli1元件及其片段在基因组中的丰度可达2.47％。少数HmHeli元件存在多个5'末端，个别HmHeli1元件以串联形式存在。
　　HmHeli1在基因组中的插入具有偏好性，它们优先同向插入基因富集区，甚至功能基因内部，插入位点存在一个短的富含AT的序列。HmHeli1不具主动捕获旁侧基因的能力，但可被动接受其它转座元件的插入，这可能与其保守且两端需要互补的末端结构特征相关。
　　真菌中的RepHel转座酶聚为8个类(Cluster)。其中HmHeli1元件编码的转座酶属于Cluster1，该类转座酶对应的自主Helitron元件的末端特征类同;Cluster2转座酶与动植物中经典的RepHel转座酶属于同一个类，它们对应Helitron元件的末端特征也与动植物类同。自主HmHeli1元件主要分布在肉座菌目Hypocreales，粪壳菌目Sordariales也存边界明晰的Helitron2元件，但其末端序列与HmHeli1元件有所不同。HmHeli1元件在肉座菌目呈不连续分布，并且种间序列相似性比较高，暗示该类元件通过水平转移方式在基因组间移动。
　　综上所述，HmHeli1是Hminnesotensis基因组中存在的一类活跃扩张的新型Helitron元件，该类元件具有独特的末端序列和结构特征，在明尼苏达被毛孢和其它肉座菌目真菌基因组进化过程中发挥重要功能。此外，HmHeli1活跃扩张的特点使其具备改造为通用遗传分析工具的潜能。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1．1 剪切-粘贴型DNA转座子

1．1．2 复制粘贴型DNA转座子

1．2 Helitron转座元件

1．2．1 Helitrons的简介

1．2．2 Helitrons的结构和编码特征

1．2．3 Helitrons的全基因组鉴定

1．2．4 Helitrons的转座机制

1．2．5 Helitrons的基因捕获

1．3 明尼苏达被毛孢

1．3．1 明尼苏达被毛孢简介

1．3．2 明尼苏达被毛孢的转座子

1．4 研究目的和意义

第二章 HmHeli1转座元件的序列及结构特征

2．1 实验数据

2．2 分析方法

2．2．3 Helitron的末端结构分析

2．2．4 RepHel转座酶的序列及结构特征分析

2．3 结果

2．3．2 HmHeli1转座元件的近期扩张

2．3．4 HmHeli1编码的转座酶的序列特征

2．4 讨论

第三章 HmHeli1元件的从头预测

3．1 实验数据

3．2 方法

3．3 结果

3．3．2 部分HmHeli1元件含有多个5’末端

3．4 讨论

第四章 HmHeli1插入位点与基因捕获能力分析

4．1 数据

4．2 方法

4．3．2 HmHeli1转座对功能基因的影响

4．3．3 HmHeli1不具备主动捕获基因的能力

4．4 讨论

第五章 真菌中自主的HmHeli1元件

5．1 数据

5．2 方法

5．2．1 真菌中RepHel蛋白的聚类分析

5．2．3 HmHeli1元件通过水平转移在不同物种间迁移

5．3 结果

5．3．1 真菌中RepHel蛋白可以分为8类

5．3．2 HmHeli1元件主要存在于肉座菌目

5．3．2 HmHeli1元件的水平转移

5．4 讨论

第六章 讨论与结论

6．1 讨论

6．2 结论

参考文献

附录

致谢

作者简介