桑树MITEs高频转座机制及其在基因组中的作用研究
批准号:
32101544
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马赑
依托单位:
学科分类:
森林信息学与森林经理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马赑
中文摘要
微型反向重复转座子(MITEs)在植物基因组中广泛存在。MITEs是DNA转座子,却具有高拷贝特征,且高拷贝MITEs常有转座活性,其高频转座机制及在基因组中的作用还需进一步深入研究。我们前期研究表明:1.桑树是迄今已报道MITEs拷贝数及含量最丰富的植物(显著高于代表性植物水稻);2.桑树进化速度快于蔷薇目已测序物种;3.桑树具有丰富的资源多样性。鲜明特点使桑树成为研究MITEs不可多得的好材料,本研究结合转座子显示、Southern blot、酵母系统、生物信息学、转录组、比较基因组、基因组重测序等方法解析桑树MITEs高频转座机制,并从MITEs推动桑树基因组快速进化及提升桑树遗传变异多样性水平的角度阐释MITEs在基因组中的作用,最终回答MITEs“为什么多”和“有什么用”两个关键科学问题。本研究对理解桑树丰富的资源遗传多样性有重要意义,为桑树功能基因组研究及分子育种提供新思路。
英文摘要
Miniature inverted-repeat transposable elements (MITEs) are widespread in the plant genome. MITEs are DNA transposons, but they have a high copy number in the host genome, and high-copy MITEs often have transposition activity. Further research is needed to interpret the high-frequency transposition mechanism of MITEs and their role in shaping the host genome. Our previous study showed that: 1. Mulberry is the plant with the most abundant MITEs so far (significantly higher than that in the rice genome). 2. Mulberry evolves faster than other Rosales. 3. Mulberry has rich resource diversity. All these distinctive characteristics make mulberry a rare good material for researching MITEs. In this research, some methods, including transposon display, southern blot, yeast system, bioinformatics, transcriptome, comparative genome, and genome resequencing, will be performed to address the high-frequency transposition mechanism of those elements. Besides, we will interpret the role of MITEs in shaping the mulberry genome from the perspective of MITEs' role in promoting genome evolution and improving the level of genetic variation diversity. Finally, we will answer the two critical scientific questions of "why are there so many MITEs" and "What is the significance" of MITEs in the genome. It is of great importance to understand the abundant diversity of mulberry. What is more, this research will provide new ideas in mulberry genomic research and molecular genetics breeding.
微型反向重复转座子(MITEs)广泛存在于植物基因组中。桑树是研究MITEs的优质材料。我们前期研究表明:1. 桑树是迄今已报道植物基因组中MITEs含量最丰富的植物,显著高于代表性植物水稻。2. 桑树基因组进化速度快。3. 桑树资源多样性特点明显。该研究旨在回答桑树基因组中MITEs “为什么多” 和 “有什么用” 这两个关键科学问题。研究首先基于Pacbio HiFi、ONT ultra - long以及HiC策略,构建了桑树T2T完整的0 gap基因组Mnot - SWU。该基因组大小为410.45 Mb,共注释到27413个基因。综合多种评估策略证明,该基因组的完整性、可靠性及延续性均达到最高标准。通过对着丝粒串联重复序列鉴定,并结合FISH和chip - seq策略,证实桑树是多着丝粒染色体物种。基于全新策略,鉴定了完整基因组中的所有MITEs。分析发现,3个MITEs家族是川桑着丝粒部分的重要组成部分。这说明桑树基因组中MITEs含量高,是因为桑树是多着丝粒染色体物种,且着丝粒区间存在大量MITEs,这些MITEs参与了桑树多着丝粒的形成。进一步分析表明,基因组中丰富的MITEs为基因组的基因引入近10万个调控元件,这些元件涉及植物生长发育的多个过程。对MITEs插入多态性分析发现,在16份不同资源中鉴定到41760个MITEs的多态性插入位点,大量位点存在于基因及其邻近区域。这种方式在桑树中带来大量变异,从而促进了桑树资源丰富的遗传多样性。
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