中國春小麥3B染色體Sr2-FHB區(qū)BAC測序及大片段線粒體DNA插入分析.pdf

1、植物細(xì)胞中存在三個遺傳系統(tǒng)，即細(xì)胞核基因組、葉綠體基因組和線粒體基因組，三個基因組中核苷酸序列相互交流頻繁發(fā)生，模式植物擬南芥和水稻的線粒體序列和基因組序列比較，證明了這一點(diǎn)。從線粒體到細(xì)胞核的基因轉(zhuǎn)移對于真核生物的進(jìn)化相當(dāng)重要，在高等植物中這是一個正在進(jìn)行的過程。線粒體DNA向核基因組轉(zhuǎn)移之后，線粒體基因獲得新的啟動子和定位信號以適應(yīng)周圍環(huán)境，從而指導(dǎo)蛋白產(chǎn)物從細(xì)胞核運(yùn)送到細(xì)胞器。許多模式物種的線粒體基因組和核基因組測序后，研究者們從

2、全基因組水平上對線粒體基因向核基因組的轉(zhuǎn)移做了全面深入系統(tǒng)地分析。由于小麥?zhǔn)钱愒戳扼w大基因組作物，全基因組測序比較困難。目前，小麥BAC克隆測序的數(shù)量有限，因此尚未見大片段線粒體DNA插入到小麥核基因組的研究報道。 本文對小麥3B染色體Sr2/FHB區(qū)51個BAC克隆進(jìn)行了測序，序列覆蓋率達(dá)到5倍以上，序列平均讀長700bp以上，總測序長度43Mb。Shotgun序列組裝后，通過與線粒體基因組序列比對分析，發(fā)現(xiàn)了一段～52kb

3、連續(xù)的線粒體插入，兩者的序列相似性在98％以上。為了更好地理解小麥中線粒體基因向小麥核基因組轉(zhuǎn)移的情況，本文對這～52kb小麥線粒體序列的插入整合和進(jìn)化進(jìn)行了研究。結(jié)果如下： 小麥中國春缺體-四體PCR．分析表明，該插入片段僅存在于小麥3B染色體上。用基因組特異引物擴(kuò)增二倍體、四倍體和六倍體小麥，結(jié)果表明該插入事件發(fā)生在四倍體小麥形成時或形成后，并且一直保留到六倍體。該插入片段主要來源于小麥線粒體基因組rrn18-1/nadla

4、和rrn18-2/trnI基因區(qū)段，由于在插入過程中發(fā)生了重組，在小麥核基因組中形成了三個與線粒體基因組中對應(yīng)片段方向不同的小片段，分別命名為38<'Ta3B><,m>，12<'Ta3B><,m>和2<'Ta3B><,m>。插入?yún)^(qū)占整個線粒體基因組的11.5％，共有12個線粒體基因，即rrn18, rrn5-1，trnP-1，nadla，trnfM-2，trnS-2，had7,nad4L，rps19-P,trnN,trnD-1和trnl

5、；包含有四個重復(fù)序列，即R2，R4，R14和R15，有的基因存在于重復(fù)序列中。如trnP-1在R14重復(fù)中：rrn5-1和rrnJ18-1在R4中，而同時R4又在R2中；trnD-1在R15重復(fù)中。在GenBank的EST數(shù)據(jù)庫和本實(shí)驗(yàn)室的全長eDNA序列中進(jìn)行搜索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基因nad7，rrn5，rrn18，trnfM rps19-P，nad4L 6個基因，都有不同程度的小麥和水稻EST支持，暗示了這6個基因可能在基因組中表達(dá)?！?

6、2kb小麥線粒體插入?yún)^(qū)與水稻基因組存在微共線性，與水稻第l染色體有一個二基因簇(trnN-nad1)共線性，與第3染色體有一個二基因簇(nad7c-rrn18)的共線性，與第4染色體有一個二基因簇(trnS-rrn18)的共線性，與第7染色體存在一個二基因簇(rrn18-rrn5)的共線性，與水稻第12染色體存在兩個二基因簇(rps2-trnS和rrn18-rrn5)的共線性。通過序列比對，發(fā)現(xiàn)插入?yún)^(qū)有InDels和堿基替換，最大的缺失

7、為68個堿基，最大的插入為10個堿基；堿基替換的發(fā)生率，38<'Ta3B><,m>，12<' Ta3B><,m>和2<'Ta3B><,m>分別為每kb替換7.71，8.20和7.26個核苷酸；轉(zhuǎn)換比顛換的發(fā)生率高，C→T和G→A轉(zhuǎn)換為最高頻率的替換方式。38<'Ta3B><,m>，12<'Ta3B><,m>和2<'Ta3B><,m>三個線粒體插入片段的進(jìn)化年代推測表明，三個小片段在線粒體中的對應(yīng)片段是在同一時間轉(zhuǎn)移到小麥核基因組上，試驗(yàn)

8、數(shù)據(jù)支持線粒體插入形成的末端隨機(jī)連接假說；推算的插入時間與小麥不同倍性材料擴(kuò)增結(jié)果相吻合。插入?yún)^(qū)側(cè)翼序列分析表明，重復(fù)序列以反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Class 1 elements)和轉(zhuǎn)座子(Class 2 elements)為主，形成6個重復(fù)序列區(qū)，并含有豐富的簡單重復(fù)序列(SSR)；含有18個基因，平均基因密度較高，為14kb一個基因：基因14為小麥EXPB11基因。側(cè)翼序列分析初步說明，小麥線粒體插入的區(qū)域所處的位置為低重復(fù)序列(35％的重