【摘要】：甘蔗是重要的糖料作物之一,約占世界上食糖總產(chǎn)量的八成。割手密SES208、Molokai6081和熱帶種LA Purple是重要的甘蔗育種材料,其基因組倍性高、染色體數(shù)目多、重復(fù)序列比例高,嚴(yán)重制約了甘蔗基因組學(xué)的研究。目前,割手密SES208的單倍體AP85-441基因組序列已經(jīng)公布,Molokai6081和LA Purple基因組草圖已經(jīng)繪制完成。著絲粒在物理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為細(xì)胞分裂中期染色體的主縊痕,在功能上非常保守,介導(dǎo)細(xì)胞分裂時(shí)期染色體的準(zhǔn)確分離。著絲粒DNA序列主要由衛(wèi)星重復(fù)序列、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和少量基因序列組成,其演化速度較快,通常缺乏保守結(jié)構(gòu)。因此,著絲粒區(qū)域往往難以組裝,嚴(yán)重阻礙了基因組的拼接工作。基于功能著絲粒區(qū)域含有組蛋白H3變體CenH3這一典型特征,我們開(kāi)展了Molokai6081和LA Purple染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn),并對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析。研究結(jié)果如下:(1)基于序列相似性聚類(lèi)分析獲得了Molokai6081和LA Purple全基因組的重復(fù)序列,重復(fù)序列基因組占比高達(dá)82.2%和82.8%,其中LTR類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分別為42.08%和44.80%,高比例的重復(fù)序列嚴(yán)重阻礙了甘蔗基因組的組裝。(2)基于重復(fù)序列富集分析得到了Molokai6081和LA Purple候選著絲粒特異序列,通過(guò)細(xì)胞學(xué)驗(yàn)證分別得到了五條著絲粒特異重復(fù)序列,并且這些序列具有較高相似性,在兩個(gè)甘蔗種中比較保守。序列注釋發(fā)現(xiàn)Molokai6081和LA Purple著絲粒重復(fù)序列由衛(wèi)星重復(fù)和Ty3/Gypsy類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子組成,具有典型的著絲粒序列特征。(3)基于序列比對(duì)分析和細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)這五條序列在SES208、Molokai6081和LA Purple基因組中比較保守。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),有兩條Ty3/Gypsy類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子屬于玉米著絲粒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(CRM)序列。這些結(jié)果表明CRM序列在三個(gè)甘蔗種中較為保守,推測(cè)這些序列形成于染色體加倍事件之前,并且在長(zhǎng)期的演化進(jìn)程中被較為完整的保留下來(lái)。(4)基于生物信息學(xué)分析,明確了SES208、Molokai6081和LA Purple基因組的著絲粒位置,并指出了部分染色體著絲粒區(qū)域的錯(cuò)誤組裝,為基因組的組裝提供了參考�；谵D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)SES208、Molokai6081和LA Purple著絲粒區(qū)域均存在有轉(zhuǎn)錄活性的基因,并且這些基因都存在于H3區(qū)域。這些結(jié)果對(duì)不同甘蔗種著絲粒序列的組成、結(jié)構(gòu)及演化研究提供了參考,為基因組著絲粒區(qū)域的組裝提供了建議,推動(dòng)了甘蔗基因組學(xué)的研究。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S566.1
【圖文】：

5圖 1-1 著絲粒的結(jié)構(gòu)模式圖[35]Figure 1-1 Model of centromere1.2.2 植物著絲粒的序列組成和演化特征植物著絲粒 DNA 序列主要由衛(wèi)星重復(fù)序列、著絲粒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子序列（Centromeric retrotransposon, CR）以及其它序列組成[36]。衛(wèi)星重復(fù)序列通常穿插分布于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子內(nèi)部。同時(shí)，著絲粒往往存在部分拷貝數(shù)較低的 DNA 序列以及包含少數(shù)具有一定轉(zhuǎn)錄活性的基因[36-38]。衛(wèi)星重復(fù)序列在長(zhǎng)度以及分布上往往表現(xiàn)出種間特異性。水稻衛(wèi)星重復(fù)單體 CentO 長(zhǎng)度為 155bp，重復(fù)長(zhǎng)度范圍在 65 kb-2 Mb 之間。玉米衛(wèi)星重復(fù)單體 CentC 長(zhǎng)度為 156 bp，不同染色體的重

1 文獻(xiàn)綜述復(fù)長(zhǎng)度范圍在 180 kb-2Mb 之間。基于我們之前的研究，甘蔗著絲粒衛(wèi)星重復(fù)單體 SCEN 長(zhǎng)度為 140 bp[23]。根據(jù)比較基因組學(xué)的結(jié)果，物種間的衛(wèi)星重復(fù)序列基本不具有較高的同源性。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子屬于可轉(zhuǎn)座元件（Tansposibleelements,TE）中的 ClassⅠ中的一類(lèi)[39]。根據(jù)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 POL 蛋白中 RT-RH 和 IN 不同的排列順序，可進(jìn)一步分為 Gypsy 和 Copia 兩類(lèi)[39]（圖 1-2）。盡管其具有不同的結(jié)構(gòu)，但著絲粒特異反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在禾本科分歧大約 6000 萬(wàn)年后仍為具有高度保守的轉(zhuǎn)座元件[40]。此外，有研究結(jié)果表明，盡管大多數(shù)著絲粒序列由高度重復(fù)序列組成，但該區(qū)域仍存在具有一定轉(zhuǎn)錄活性的基因，這一現(xiàn)象在水稻、玉米、馬鈴薯、棉花等物種中均有報(bào)道[41-44]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2722350