小麥漸滲系序列變異分析.pdf

1、物種在進(jìn)化過(guò)程中一直伴隨著基因組序列的變異，而基因組序列的變異又是物種進(jìn)化的源動(dòng)力。本實(shí)驗(yàn)室利用非對(duì)稱體細(xì)胞雜交方法獲得了普通小麥（TriticumaestivumL.）濟(jì)南177(JN177)與長(zhǎng)穗偃麥草（Thinopyrumponticum）的漸滲系小麥耐鹽抗旱、旺盛生長(zhǎng)和高產(chǎn)新品種山融3號(hào)(SR3)。非對(duì)稱體細(xì)胞雜交過(guò)程中會(huì)發(fā)生雙親基因組短暫共存于一個(gè)細(xì)胞核、供體染色質(zhì)大規(guī)模消減和少量供體染色質(zhì)漸滲到受體基因組等事件，是一種特殊的

2、二倍體化，能引起強(qiáng)烈的基因組沖擊，并產(chǎn)生系統(tǒng)性的基因組變異。但至今非對(duì)稱雜交介導(dǎo)的基因組變異特征和機(jī)制及其和異源多倍體化的差異還未見報(bào)道。
　　 本實(shí)驗(yàn)室分子標(biāo)記和功能基因分析顯示，SR3基因組發(fā)生了遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)變異，但變異程度和特征仍不清楚。本試驗(yàn)在前期SR3和親本小麥JN177的cDNA文庫(kù)進(jìn)行大規(guī)模測(cè)序的基礎(chǔ)上，分析了總EST序列、不同生物學(xué)過(guò)程相關(guān)EST以及EST不同區(qū)域的變異特征，為闡明非對(duì)稱雜交介導(dǎo)的基因組變異

3、機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。
　　 為了系統(tǒng)分析SR3和JN177間序列多態(tài)性和非對(duì)稱雜交介導(dǎo)的序列多態(tài)性，本試驗(yàn)進(jìn)行了三組比對(duì)分析:JN177EST序列比對(duì)小麥EST拼接數(shù)據(jù)庫(kù)(JN177-TC)、SR3EST序列比對(duì)小麥EST拼接數(shù)據(jù)庫(kù)(SR3-TC)及SR3EST序列比對(duì)JN177EST序列(SR3-JN177)。從中提取相似性大于等于96％的序列進(jìn)行多態(tài)性分析，其中SR3-JN177有2658條，SR3-TC有7235條，JN1

4、77-TC有5093條。
　　 JN177-TC、SR3-TC和SR3-JN177三組比對(duì)的單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)頻率分別為9.84、9.83和11.85SNPs/kbEST，而插入/缺失（Insertionanddeletion，InDel）頻率分別為3.07、3.58和5.43InDels/kbEST，表明SR3基因組中發(fā)生了高頻率的基因組變異。
　　 SR

5、3的優(yōu)質(zhì)性狀與其轉(zhuǎn)錄組和蛋白組系統(tǒng)改變導(dǎo)致的抗氧化能力和光合作用效率及氧化還原穩(wěn)態(tài)的提升相關(guān)。為了解這一改變與基因組變異的關(guān)系，我們根據(jù)Blast2GO注釋信息，選擇了代謝、基因表達(dá)、脅迫應(yīng)答、生長(zhǎng)素合成和響應(yīng)、轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)生物學(xué)過(guò)程相關(guān)EST進(jìn)行多態(tài)性比較。結(jié)果表明，這些過(guò)程相關(guān)EST的SNP頻率具有多樣化特征，而InDel頻率則與總體EST相似。其中，染色質(zhì)組裝/解聚及核小體組裝相關(guān)EST的SNP和InDel頻率在JN177

6、-TC中較低，SR3-TC中較高，而SR3-JN177中則顯著增加，表明SR3基因組不但發(fā)生了DNA甲基化改變，而且染色體重塑相關(guān)基因也發(fā)生了改變，這種DNA序列和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的表觀遺傳學(xué)變異引起了基因組轉(zhuǎn)錄模式的系統(tǒng)改變。
　　 基因的不同區(qū)域遭受的選擇壓力不同，因而我們進(jìn)一步分析SR3和JN177EST序列中5’-UTR、CDS和3’-UTR的多態(tài)性差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5’-UTR和CDS的SNP和InDel頻率相似，而3’-UT

7、R的SNP和InDel頻率較高，而且5’-UTR的Deletion頻率高，而CDS和3’-UTR的Insertion頻率高;5’-UTR中Insertion和Deletion變異較為均衡，而CDS和3’-UTR中Insertion的比例明顯高于Deletion;5’-UTR、CDS和3’-UTR的SNP頻率在JN177-TC中較高，而InDel頻率在SR3-TC中較高。這些結(jié)果說(shuō)明，基因不同區(qū)域的變異特征具有特異性，而且異源多倍體和非對(duì)