鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中HITEs轉(zhuǎn)座子的鑒定、特征和進(jìn)化分析.pdf

1、微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子(MITEs)廣泛分布于真核生物基因組中，相對(duì)于其它物種，MITEs轉(zhuǎn)座子在植物基因組中的研究較為深入。已有的研究表明MITEs轉(zhuǎn)座子在植物中不僅能夠促進(jìn)基因組進(jìn)化還可以通過(guò)多種機(jī)制影響鄰近基因的表達(dá)和結(jié)構(gòu)。鱗翅目昆蟲(chóng)是農(nóng)林業(yè)的主要害蟲(chóng)，隨著近年基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，已有5種鱗翅目昆蟲(chóng)基因組序列相繼被公布。這為本文比較研究不同鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中MITEs轉(zhuǎn)座子的含量、種類和進(jìn)化模式提供了機(jī)遇。
　　由于MITEs

2、轉(zhuǎn)座子家族豐富多樣并且不具有編碼轉(zhuǎn)座酶的能力，因此無(wú)法應(yīng)用基于同源性搜索的方法將其從基因組中鑒定出來(lái)。本文采用基于結(jié)構(gòu)的方法，搜索5個(gè)已測(cè)序的鱗翅目昆蟲(chóng)（家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩(shī)神袖蝶）基因組，系統(tǒng)鑒定MITEs轉(zhuǎn)座子在不同鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中的含量、種類和分布。進(jìn)一步應(yīng)用生物信息學(xué)和群體遺傳學(xué)的方法研究MITEs轉(zhuǎn)座子在不同鱗翅目昆蟲(chóng)中的進(jìn)化和擴(kuò)增模式。主要結(jié)果如下:
　　1.五種鱗翅目昆蟲(chóng)中MITEs轉(zhuǎn)座子的鑒定，含量

3、和特征分析
　　本研究應(yīng)用MITE-Hunter軟件對(duì)家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩(shī)神袖蝶的全基因組進(jìn)行搜索，并經(jīng)過(guò)一系列人工檢索和核對(duì)后統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:在五種昆蟲(chóng)中鑒定出MITEs轉(zhuǎn)座子家族總數(shù)分別為家蠶中221個(gè)、煙草天蛾中215個(gè)、小菜蛾中74個(gè)、帝王蝶中51個(gè)和詩(shī)神袖蝶中88個(gè)，同時(shí)各個(gè)物種鑒定出的MITEs成員總數(shù)依次為家蠶的40647個(gè)、煙草天蛾的8870個(gè)、小菜蛾的2168個(gè)、帝王蝶的2045個(gè)及詩(shī)神袖蝶的共計(jì)有1

4、4534個(gè)。五種鱗翅目昆蟲(chóng)中無(wú)論是在MITEs家族總數(shù)抑或是成員總數(shù)上家蠶都是數(shù)目最多的一個(gè)物種。我們根據(jù)TSD的不同將以上已鑒定出的家族分別歸到已知的DNA轉(zhuǎn)座子超家族PIF/Harbinger、Tc1/Mariner、hAT、Micron和CAC TA中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中最多的MITEs轉(zhuǎn)座子家族屬于Tc1/Mariner超家族。MITEs轉(zhuǎn)座子的序列長(zhǎng)度多分布在500bp以內(nèi)，這在進(jìn)化上的意義是:序列越短越有利于轉(zhuǎn)座子自身的生存和轉(zhuǎn)座

5、。進(jìn)一步分析MITEs轉(zhuǎn)座子在不同鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中的比例發(fā)現(xiàn)，MITEs轉(zhuǎn)座子約占家蠶基因組序列的14.37％，煙草天蛾的3.66％，詩(shī)神袖蝶的3.7％，帝王蝶的3.2％和小菜蛾的1.7％，并且所有MITEs元件所占的比例與其基因組的大小呈正相關(guān)。
　　2.五種鱗翅目昆蟲(chóng)中MITE轉(zhuǎn)座子家族插入時(shí)間的估計(jì)
　　五種昆蟲(chóng)中各家族成員通過(guò)MUSCLE的比對(duì)，DAMBE計(jì)算每個(gè)MITE元件的核苷酸置換水平(K)，最后用公式T=K

6、/2r估計(jì)每個(gè)MITE家族的插入時(shí)間，最終我們發(fā)現(xiàn)五種鱗翅目昆蟲(chóng)所有家族的插入時(shí)間分布在0-40個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)，詩(shī)神袖蝶大部分的MITE家族插入時(shí)間是在0-2.5個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)，小菜蛾的集中分布在0-3個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)，而家蠶和煙草天蛾的相同均集中分布在0-5個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)，帝王蝶的多分布在0-5.5個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)。這說(shuō)明MITEs是一種新近插入到鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中的轉(zhuǎn)座子。其中，家蠶的兩個(gè)MITE轉(zhuǎn)座子家族家蠶的兩個(gè)MITE轉(zhuǎn)座子家族BmMITE-13，B

7、mMITE-211可能分別在2-4和0-2個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)發(fā)生過(guò)爆發(fā)式擴(kuò)增。
　　3.預(yù)測(cè)五種鱗翅目昆蟲(chóng)中轉(zhuǎn)座子MITE轉(zhuǎn)座子家族的擴(kuò)增模式
　　對(duì)每一個(gè)MITE家族，我們構(gòu)建了NJ進(jìn)化樹(shù)。進(jìn)化樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示五種鱗翅目昆蟲(chóng)家蠶、煙草天蛾、小菜蛾、帝王蝶和詩(shī)神袖蝶的MITE家族中大多數(shù)都經(jīng)歷了多次擴(kuò)增，如家蠶中的BmMITE-66;煙草天蛾中MsMITE-14;小菜蛾中的PxMITE-72;帝王蝶中的DpMITE-3等。其余的少數(shù)

8、家族則是由單個(gè)元件發(fā)生一次爆發(fā)式擴(kuò)增后產(chǎn)生的，如家蠶中的BmMITE-148;煙草天蛾中MsMITE-202;小菜蛾中的PxMITE-34;帝王蝶中的DpMITE-55;詩(shī)神袖蝶中的HmMITE-34等。
　　本文系統(tǒng)地鑒定了5個(gè)已測(cè)序的鱗翅目昆蟲(chóng)基因組中的MITEs，并分析了這些MITEs的序列特征和進(jìn)化模式，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)鱗翅目昆蟲(chóng)MITEs都在最近的過(guò)去經(jīng)歷了擴(kuò)增，暗示可能對(duì)其寄主基因組的進(jìn)化有作用。本文的結(jié)果為研究昆蟲(chóng)中的MI