转座子Monkey King在芸薹属中的活动及其介导的邻近基因的表达调控研究

Miniature Inverted-repeat Transposable Elements are important transposable elements, and predicted to play important roles on genomic evolutionary and gene expression. Though MITEs are widespread in Brasscia genome, studies about activities of MITEs in Brassica genomes are rare and theories about MITEs regulating gene expression are lack of solid experimental supports. In our project, two synthesized B. napus lines with different MITEs density in their genomes and their diploid parents (B. rapa and B. olerecea) are used as materials. We aim to elucidate activities of transposable element, Monkey King, and it induced neighboring gene regulation in Brassica species through high-throughput sequencing and bioinformatic analysis, transcriptome sequencing, epigenetic analysis and transformation technologies. This research not only contribute to demonstrate the impact of transposable elements on genomic structure and gene functional divergence during polyploidization, also conduce to genetic improvement through utilizing MITEs induced polymorphism in Brassica species.

Miniature Inverted-repeat Transposable Elements 是一类重要的转座子，已有的研究普遍推测MITEs扩增和活动在基因组进化中起到重要的作用，并影响附近基因的表达。MITEs在芸薹属各物种基因组中分布广泛，但鲜见其在芸薹属中活动的研究，MITEs对基因表达的影响也多是推测，缺乏充分的实验支持。本研究，利用MITEs拷贝数多寡不同的人工合成甘蓝型油菜及其亲本，综合利用高通量测序及分析、基因表达、表观遗传修饰和遗传转化等技术，研究白菜和甘蓝相互杂交形成甘蓝型油菜的过程中，MITE因子Monkey King的活动规律，解析Monkey King在介导邻近基因表达调控中所起的作用及分子机理。这一研究不仅有助于揭示芸薹属基因组多倍化过程中转座子对基因组结构和基因功能的影响，还有助于利用MITEs活动造成的物种内和物种间的插入/缺失多态性进行芸薹属作物遗传改良

转座子是植物基因组中可“跳跃”的一段DNA序列，是基因组中的重要组分，在多倍化过程和调控基因表达上具有重要作用。MITEs (Miniature Inverted-repeat Transposable Elements)是一类微型、无完整蛋白质编码能力的DNA类转座子，在所有生物基因组中均大量存在，对基因组进化及适应性的获得起到重要的调节作用。本研究，利用MITEs拷贝数不同的常规油菜和人工合成型油菜，研究白菜和甘蓝相互杂交形成甘蓝型油菜的过程中，Tourist-like 家族MITE-Monkey King（MK）的活动规律，并分析Monkey King插入位置与基因表达调控的关系。. 研究结果表明，MK 在甘蓝型油菜基因组中的拷贝数超过4000个，在全基因组序列组成中超2.4Mb。MK在基因中接近平均分布，并未发现在着丝粒区域富集。但在不同染色体上的分布有较大差异吗，C3染色体上的拷贝数（~340个）最多，A10连锁群上的拷贝数（~130个）最少。在A,C基因组中的拷贝数基本相同，(平均A 基因组中为2268.25个拷贝，C基因组中为2199.25个拷贝)；但A基因组的分布密度（7.22 拷贝/Mb）显著高于C基因组分布密度（4.18拷贝/Mb）。. MK在基因组中形成大量的多态性，其拷贝数同硫代和产量正相关。4000个拷贝的MK在重测序的品种间，共检测到677个多态性的插入，这些多态性拷贝（494个）多集中在邻近基因的区域。92个多态性的拷贝同邻近基因的表达差异相关，其中47个拷贝同基因的上升表达相关，45个同基因的下降表达相关。11个显著影响基因表达的拷贝，邻近具有ATP binding，蛋白质binding，细胞膜构成和跨膜信号传导等功能的基因分布。. 本项目对油菜多倍化过程中转座子MK的活动规律进行了研究，并从全基因水平揭示其对邻近基因表达的重要影响，初步解析miRNA及DNA甲基化在MK介导的基因调控中的作用，对利用转座子多态性开发分子标记辅助育种，改良品种适应性具有指导意义。

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