水稻端粒長(zhǎng)度相關(guān)QTL精細(xì)定位.pdf

1、端粒是真核生物染色體末端的重要組成部分，由DNA和蛋白質(zhì)兩部分組成。端粒DNA由一系列重復(fù)序列串聯(lián)而成，包括雙鏈和單鏈兩個(gè)部分，單鏈DNA位于富含G的一條鏈，在3’端形成G懸突稱為G-overhang。由于端粒DNA結(jié)構(gòu)比較特殊，會(huì)在末端形成D-loop、T-loop環(huán)狀結(jié)構(gòu)和G-四鏈體結(jié)構(gòu)，對(duì)染色體末端的保護(hù)發(fā)揮了重要作用。端粒的另一部分為特殊的端粒結(jié)合蛋白，一般由幾個(gè)亞基共同組成。在人細(xì)胞中，核心端粒結(jié)合蛋白由6個(gè)亞基組成，形成sh

2、elterin復(fù)合物，而在酵母中則為CTS復(fù)合物。不同物種端粒結(jié)合蛋白的組成存在差異，說(shuō)明在進(jìn)化過(guò)程中端粒結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變異。由于染色體末端復(fù)制問(wèn)題，細(xì)胞每進(jìn)行一次分裂染色體都會(huì)相應(yīng)地縮短，而端粒酶的存在很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，它以自身的RNA為模板，在端粒酶的作用下使端粒得到延伸。端粒在染色體末端能形成特殊的“帽子”結(jié)構(gòu)，這對(duì)于保護(hù)染色體末端的穩(wěn)定性和完整性、防止染色體末端融合和被蛋白酶水解，以及維持細(xì)胞正常的生命活動(dòng)等方面都具有重要

3、意義。
　　研究發(fā)現(xiàn)，端粒長(zhǎng)度的變化與細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育、衰老、死亡和腫瘤的發(fā)生等生命活動(dòng)密切相關(guān)。雖然在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)各條染色體受到相同端粒酶的作用，經(jīng)歷相同的細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期，但端粒長(zhǎng)度卻表現(xiàn)出明顯的差異，顯然除了端粒酶以外還存在其它因素影響著端粒長(zhǎng)度的變化。人體細(xì)胞端粒和端粒酶的研究現(xiàn)如今已相當(dāng)深入，但是真正影響端粒長(zhǎng)度的遺傳因素并不十分清楚。因此，深入研究端粒長(zhǎng)度的遺傳規(guī)律具有十分重大的意義。水稻作為模式生物其全基因組測(cè)序已經(jīng)完成

4、，它的秈亞種和粳亞種之間的端粒長(zhǎng)度相差明顯，與動(dòng)物相比又能構(gòu)建更加理想的遺傳研究群體。此外，水稻的端粒長(zhǎng)度較短，適合PCR技術(shù)。因此本實(shí)驗(yàn)選取了端粒長(zhǎng)度存在顯著差異的“日本晴”（粳亞種）和“廣陸矮四號(hào)”（秈亞種）兩個(gè)水稻品種作為研究對(duì)象，利用已相當(dāng)成熟的分子標(biāo)記技術(shù)，及廣泛運(yùn)用于植物遺傳研究中的QTL定位方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。就水稻而言，通過(guò)上述途徑已成功定位了包括水稻生育期、株高及其組成性狀、葉片性狀、穗部性狀、根部性狀等在內(nèi)的5416個(gè)數(shù)量

5、性狀。這些為我們研究水稻端粒長(zhǎng)度的遺傳特性提供了先決條件。
　　先期實(shí)驗(yàn)已進(jìn)行了水稻染色體端粒長(zhǎng)度性狀及QTL初步定位分析，結(jié)果表明水稻第12號(hào)染色體上存在著顯著調(diào)控端粒長(zhǎng)度的主效基因，它位于分子標(biāo)記引物RM20~RM19之間，遺傳距離約5.848cM。本研究的目的在于縮短QTL定位區(qū)間，最終精細(xì)定位或克隆出控制水稻端粒長(zhǎng)度的相關(guān)基因。通過(guò)分析兩親本目標(biāo)區(qū)間的序列信息，依次設(shè)計(jì)了3組分子標(biāo)記引物，利用構(gòu)建的同一F2代分子標(biāo)記信息，

6、進(jìn)行QTL定位，最終將目標(biāo)定位在了引物RBQ-14與RBQ-11、引物RBQ-11與RBQ-34這兩個(gè)區(qū)間。其中選擇相對(duì)較短的遺傳區(qū)間進(jìn)行了深入分析，該區(qū)間長(zhǎng)度為3246bp，在對(duì)日本晴和廣陸矮四號(hào)基因預(yù)測(cè)分析后發(fā)現(xiàn)，兩者外顯子的數(shù)量和所在位置表現(xiàn)出一定的差異。轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，日本晴和廣陸矮四號(hào)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的位置和種類具有一致性。由此可知，兩親本目標(biāo)序列的結(jié)構(gòu)基因表現(xiàn)出較顯著的差異，而調(diào)控序列的差異并不明顯。將目標(biāo)序列

7、編碼的氨基酸序列進(jìn)行Blast分析，結(jié)果顯示該氨基酸序列與人類細(xì)胞中3個(gè)蛋白家族FAM53、APC、CAF-1的氨基酸序列存在相似性，其中CAF-1是染色體DNA復(fù)制或修復(fù)過(guò)程中組蛋白的分子伴侶。擬南芥中編碼CAF-1的基因缺失或突變將導(dǎo)致染色體端粒DNA附近原本沉默的基因獲得表達(dá)，而這些基因的表達(dá)產(chǎn)物將直接影響染色體端粒長(zhǎng)度的變化，同時(shí)也會(huì)造成45SrDNA的缺失。據(jù)此推測(cè)，引物RBQ-11與RBQ-34之間為一個(gè)QTL位點(diǎn)，對(duì)水稻端