小麦幼苗活性LTR反转录转座子筛选及其对非生物胁迫的响应

LTR(长末端重复,long terminal repeat)反转录转座子占小麦基因组的60%以上,筛选小麦基因组中具有转座活性的LTR反转录转座子,并分析其在非生物胁迫下的响应,对研究反转录转座子在小麦抗逆境胁迫中的作用具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,从转座子数据库(TREP database)中筛选出4个具有完整结构的LTR反转录转座子Fatima、Wis、Angela和Babara;同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、甲基化特异PCR(methylmion specific PCR,MSP)和转座子展示(transposon display,TD)技术分别分析了它们在盐、ABA、H2O2和干旱等处理的小麦幼苗期(二叶一心)叶和根中的表达水平、甲基化水平和转座活性变化。结果表明,这4个反转录转座子在正常条件下均存在基础水平的转录,并且能够响应上述4种胁迫而发生转录水平的变化,且在相同胁迫条件下表达水平变化趋势一致。Fatima、Angela和Babara在非生物胁迫处理下表达水平的提高与其甲基化水平的降低有关,Wis则相反。反转录转座子LTR序列含有胁迫响应顺式作用元件,但在非生物胁迫条件下顺式作用元件对这4个反转录转座子的调控作用不显著。与叶相比,这4个反转录转座子在根中对胁迫的响应程度更高,且在盐和ABA处理下转座活性更强。本研究将有助于进一步揭示LTR反转录转座子对非生物胁迫的响应规律,为进一步研究利用反转录转座子进行小麦抗逆育种的遗传改良积累资料。

植物LTR类反转录转座子序列分析识别方法

LTR类反转录转座子(Long terminal repeat retrotransponson)是真核生物中的一类重要转座元件,具有分布广泛、异质性高等特点,在真核生物基因组进化中起着重要作用,现广泛应用于植物的基因功能分析和遗传多样性研究等方面。LTR类反转录转座子的序列识别是其应用的前提条件,因此对LTR类反转录转座子的序列鉴定和分析方法的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。LTR类反转录转座子序列的生物信息学分析软件按原理可大致分为序列比对分析和相关序列保守区域识别鉴定两类。比对软件如BLAST、DNAstar等,是一种序列相似性搜索程序,通过与已知的反转录转座子序列比对后的序列相似性来判断未知序列是否是反转录转座子序列,但这类软件不能直接获得具体的LTR等特征序列的相关信息,不能对反转录转座子序列的全长进行识别。识别鉴定软件按原理可分为从头算起法、比较基因组法、同源搜索法和结构基础法4种,如LTR-Finder等基于从头算起法的识别鉴定软件,可对LTR类反转录转座子全序列进行较准确地预测和注释,RepeatMasker等基于同源搜索法的软件,通过与数据库中的序列的相似性比对后发现可能存在的LTR类反转录转座子。文章对不同的LTR类反转录转座子预测方法进行了比较和分析,在此基础上归纳总结出一套分析LTR类反转录转座子序列的操作流程,旨在为LTR类反转录转座子序列的分析提供参考。

植物基因组中的非LTR反转录转座子SINEs和LINEs

反转录转座子是基因组进化的推动者之一,分为LTR和非LTR两种类型。前者是真核基因组的主要组分,结构和转座方式与逆转录病毒类似。后者是最初发现于动物基因组新近发现在植物基因组中也广泛存在的新型重复序列,包括LINEs(long interspersed nuclear elements)和SINEs(short interspersed nuclear elements)两个亚型。它们大多因自身或受宿主基因组的调控而失去转座活性。其转座机理目前还不十分清楚,推测LINEs可以自主转座,SINEs依赖其他转座子被动转座。种系分析认为LINEs可能是最古老的反转录转座子,SINEs的起源未知。文章对以上内容进行了归纳和讨论。

植物LTR类反转录转座子的研究概述

LTR类反转录转座子是植物基因组中的重要成分,对基因组的大小、结构、功能和进化都有重要影响。文中从结构特征、转座机制、分类、分离鉴定及对基因组的影响等多个方面概述了植物LTR类反转录转座子的研究进展,为进一步揭示LTR类反转录转座子在植物基因组中的功能奠定基础。

植物LTR类反转录转座子在植物基因组学研究中的应用

LTR类反转录转座子是植物基因组中的重要转座元件,对植物基因组的结构及功能有重要的影响。综述了近年来植物LTR类反转录转座子的类型和结构、在基因组中表达和调控,并探讨了它们在植物基因组学研究中的应用前景。

烟草中一个LTR类反转录转座子基因的克隆与功能分析

[目的]分析烟草中LTR类反转录转座子对植物生长发育的影响。[方法]利用同源克隆及RACE的方法,从烟草栽培品种‘贵烟1号’c DNA中克隆得到了1个烟草反转录转座子的全长c DNA序列,命名为Ntrt1(Gen Bank登录号:KC899077)。利用实时定量RT-PCR研究了该基因在烟草不同组织中的表达水平;构建了基于双生病毒卫星诱导的Ntrt1的基因沉默载体,以中国番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl China virus,TYLCCNV)为辅助病毒在烟草中沉默了该基因,并调查了基因沉默后的表型。[结果]序列分析表明:该基因全长5 046 bp,编码3个ORF,分别为Gag/pol多聚蛋白、反转录转座子的中心蛋白以及一个整合酶。该基因能在烟草的根、茎、叶中表达,在叶片中的表达量最高。Ntrt1基因沉默烟草与对照相比,烟草植株明显变矮。[结论]Ntrt1在烟草的生长发育中具有重要作用。

植物LTR反转录转座子的研究进展

反转录转座子是真核生物基因组中普遍存在的一类可移动的遗传因子,它们以RNA为媒介,在基因组中不断自我复制。在高等植物中,反转录转座子是基因组的重要成分之一。反转录转座子可以分为5大类型,其中以长末端重复(LTR)类型报道较多。LTR类型由于其首尾具有长末端重复序列,内部含有PBS、PPT、GAG和POL开放阅读框、TSD等结构,可以采用生物信息学软件进行预测。LTR反转录转座子的活性受到自身甲基化和环境因素的影响,DNA甲基化抑制反转录转座子转座,而外界环境的刺激能够激活转座子,从而影响插入位点周边基因的表达。同时由于LTR反转录转座子在植物中普遍存在,丰富的拷贝数以及多态性为新型分子标记(RBIP、SSAP、IRAP、REMAP)的开发提供了良好的素材。该文对近年来国内外有关植物反转录转座子的类型、结构特征、LTR反转录转座子的活性及其影响因素、LTR反转录转座子的预测以及标记开发等方面的研究进展进行综述。

火龙果Ty3-gypsy类反转录转座子反转录酶序列的克隆及分析

【目的】克隆Ty3-gypsy类反转录转座子反转录酶(RT)序列并分析其特性,为火龙果遗传变异和进化研究提供新的信息。【方法】根据Ty3-gypsy类反转录转座子RT保守区设计简并引物,从红肉和白肉火龙果及其突变体中扩增出430 bp左右的目标片段,回收、克隆、测序获得RT序列,并进行生物信息学分析;采用RT-PCR检测其转录活性。【结果】共获得82条RT序列,其中有55条序列发生终止密码子突变,5条序列发生移码突变;经RT序列对比,火龙果与水稻、拟南芥有较高的同源性;3条RT序列具有转录活性。【结论】火龙果Ty3-gypsy类反转录转座子RT序列具有高度异质性,部分序列具有转录活性,与其他物种存在反转录转座子的横向传递。

来自中间偃麦草基因组的类反转录转座子片段的克隆及其特征分析

中间偃麦草 [Thinopyrumintermedium ,(Host)BarkworthandDewey]是普通小麦 (TriticumaestivumL )遗传改良的重要基因源 ,已有许多重要基因导入普通小麦。本研究从中间偃麦草基因组克隆到一个类反转录转座子片段 ,命名为pTi2 8。该序列高丰度存在于中间偃麦草基因组 ,低丰度 (寡拷贝 )存在于普通小麦及其近缘种属硬粒小麦 (T durum)、黑麦 (Secalecereale)、小黑麦和簇毛麦 (Hynaldiavillosa)基因组 ,是中间偃麦草专化重复序列。序列对比分析结果显示 ,pTi2 8与大麦、小麦反转录转座子BARE 1和Wis 2 1A的同源性分别为 6 2 8%、70 8%。Southern及原位杂交结果表明 ,pTi2 8属散在型重复序列 。

籽粒苋copia类反转录转座子的初步研究

本研究首次报道了籽粒苋中也存在 copia类反转录转座子 ,进一步验证了 copia类反转录转座子广泛存在于高等植物中 .采用 PCR方法分离鉴定了来自 4个种 2 7个基因型中的 5 3个 RT酶区序列 .序列分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子不但具有长度多样性、种间多样性、种内多样性 ,而且来自相同基因型的反转录转座子之间也存在高度异质性 .Southern杂交分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子以多拷贝形式存在 .Northern杂交分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子可能失去了转座活性 .本研究还对采用 PCR技术分离全长的 copia类反转录转座子进行了初步探讨 ,认为该方法可行 ,具有快速、经济等优点 。

陆地棉LTR反转录转座子的数量分布与功能分析

LTR(Long terminal repeat)反转录转座子是真核生物基因组中普遍存在的一类遗传因子,它们以RNA为媒介在基因组中不断自我复制.在高等植物中,LTR反转录转座子是基因组的重要成分之一.本研究通过多种方法挖掘并注释了陆地棉基因组中的LTR反转录转座子,结果表明陆地棉基因组LTR反转录转座子的Gypsy超家族与基因的分布呈近似的反比关系,而Copia超家族在各染色体的起始端有较多的分布.通过皮尔森相关系数发现陆地棉LTR反转录转座子的拷贝数与染色体大小之间有强相关性.在LTR反转录转座子上游和下游分布的基因具有类似的富集特征,其分子功能主要集中在结合和催化活性等方面.本研究结果加深了对陆地棉LTR反转录转座子的认识,为深入研究棉花基因组提供了重要数据支撑.

四倍体海岛棉LTR反转录转座子的数量与分布

棉花是重要的纤维作物,在四个栽培棉种中,海岛棉纤维品质最优,了解LTR反转录转座子的数量与分布,可以促进海岛棉基因组的研究。通过综合不同方法挖掘海岛棉基因组中的LTR反转录转座子序列,并进行家族归类和数据分析。结果表明海岛棉A亚组和D亚组共有的LTR反转录转座子家族占全部家族的95%,LTR反转录转座子的Copia超家族和Gypsy超家族的分布特征有明显的不同,但相同超家族在相同亚组染色体上则表现出相似的特征。LTR反转录转座子周边基因的GO注释主要富集在结合活性、催化活性和代谢过程等方面。研究结果揭示了LTR反转录转座子在海岛棉染色体上的分布特征及其周边基因的功能富集。

基于LTR-FINDER分析葡萄基因组中LTR反转录转座子

运用LTR-FINDER对葡萄(Vitis vinifera)基因组中的19条染色体LTR反转录转座子进行分析。结果表明,葡萄基因组中19条染色体上共检索到5 470个LTR反转录转座子,约占葡萄基因组10.7%。LTR反转录转座子分析为进一步开展葡萄品种鉴定和遗传多样性分析奠定了基础。

BB染色体组野生种花生LTR反转录转座子RT基因的多样性分析

利用简并PCR技术从野生花生种(Arachis ipaensis Krapov.et W.C.Greg.)的基因组中扩增分离Ty1-copia类(1类)和Ty3-gypsy类(2类)反转录转座子RT基因,并对其序列特征、多样性、系统进化关系及转录活性进行分析。结果显示:对于1和2类RT基因,目的条带分别约为260和430 bp;分离获得了23和32条序列,长度范围分别为262~266、395~435 bp;AT所占比例分别为61.60%~69.17%和55.79%~61.34%;核苷酸序列间相似性分别为52.5%~98.9%和45.0%~98.8%,氨基酸序列间相似性分别为39.8%~100%和9.0%~97.2%。其中2类基因的异质性高于1类;1类和2类基因分别有3条和15条发生了无义突变,2类的无义突变发生率远高于1类。1类基因的保守基序保守性较高,2类的保守基序呈一定程度的变异。代表序列的蛋白质三级结构基本类似。聚类分析结果显示,1类和2类基因可被分为5个和6个家族。1类和2类基因都有部分序列与其他物种的RT基因序列亲缘关系较近,表明它们之间可能存在两类反转录转座子的横向传递。通过比对花生EST数据库,本研究发现1类有1条以及2类有7条序列为具有转录活性的反转录转座子,且2类基因比1类更具有转录活性。

果蔗Ty3-gypsy类反转录转座子RT基因的多样性分析

【目的】分析Ty3-gypsy类反转录转座子反转录酶基因(RT)序列特征、多样性、系统进化关系及转录活性,为深入研究果蔗Ty3-gypsy类反转录转座子全长序列、转录转座活性及生物学功能提供理论参考。【方法】以果蔗品种拔地拉为试材,根据Ty3-gypsy类反转录转座子RT基因保守区设计简并引物对,利用其进行PCR扩增,将目的条带回收纯化后连接至pMD18-T载体,并转化大肠杆菌DH5α感受态细胞,挑取阳性克隆进行测序。依据测序结果对RT基因序列进行生物信息学分析。【结果】从果蔗拔地拉中扩增获得51条序列(SoRT4-1~SoRT4-51),去除重复序列和非RT基因序列后共获得44条RT基因序列,长度为423~433 bp,AT含量为56.84%~64.97%,AT∶GC比值为1.32~1.85,核苷酸序列间相似性为44.4%~99.3%,其编码的氨基酸序列间相似性为10.8%~100.0%,说明氨基酸序列比核苷酸序列表现出更高异质性。44条RT基因序列被划分为4个家族,其中Ⅰ和Ⅲ为主要家族。44条RT基因编码的氨基酸序列中有20条发生了无义突变,说明其突变率较高。44条RT基因编码蛋白序列存在5种保守基序,其中,有29条序列同时包含Motif 1~Motif 4,其余15条序列的保守基序变异较大,说明保守基序存在一定异质性。4个家族代表性序列编码蛋白的三级结构在氢键和转角的数量方面差异较大;系统发育进化树分析结果显示,44条RT基因序列被分为七大类,Ⅰ类和Ⅱ类中的果蔗RT基因序列分别占序列总数的40.91%和27.27%,Ⅱ类和Ⅵ类中的部分果蔗RT基因序列与拟南芥的BAB40828.1、粳稻的BAB40824.1、菠菜的BAB40833.1和大豆的BAB40834.1亲缘关系较近,推测这些物种在进化过程中发生了Ty3-gypsy类反转录转座子的横向传递。初步发现1条Ty3-gypsy类反转录转座子(SoRT4-40)具有转录活性。【结论】获得44条果蔗Ty3-gypsy类反转录转座子RT基因序列,其中仅有1条序列具有转录活性,这些RT基因序列可用于开发基于Ty3-gypsy类反转录转座子的甘蔗分子标记。

栽培种花生Ty1-copia类反转录转座子反转录酶序列的克隆及分析

克隆Ty1-copia类反转录转座子反转录酶序列并分析其特性,为开发栽培种花生基于LTR反转录转座子的分子标记奠定基础。根据Ty1-copia类反转录转座子反转录酶的保守区设计简并引物对,利用PCR技术对栽培种花生品种“桂花1026”的基因组DNA进行扩增,目的条带经回收、克隆、测序,最后对序列进行生物信息学分析。目的条带大小约260 bp,克隆获得了34条反转录酶序列,序列长度变化范围为256~267 bp,AT所占比例范围为51.36%~67.79%,AT与GC比例范围为1.06~2.10,序列间相似性范围为44.9%~98.5%,序列存在较高异质性,表现为缺失突变与点突变;34条反转录酶序列系统聚类为3个家族,家族Ⅰ和家族Ⅱ分别占到了总序列数的55.88%和35.29%;翻译成氨基酸后,有14条序列发生了无义突变,序列间相似性范围为11.4%~98.9%,呈现高度异质性;序列间保守基序也存在较大差异,呈现较高异质性;对栽培种花生与其他物种植物该类型反转录酶的氨基酸序列构建系统进化树,结果显示所有序列被分为7类,其中Ⅰ类和Ⅱ类分别包含16条和11条栽培种花生反转录酶序列,表明栽培种花生反转录酶序列具有比较高的保守性,同时栽培种花生也与葡萄、马铃薯、辣椒、烟草、番茄、大豆、甜菜、草莓等物种植物的反转录酶序列之间具有较近的亲缘关系,表明不同物种植物的Ty1-copia类反转录转座子之间有可能存在着横向传递。本研究所获得的反转录酶序列为栽培种花生Ty1-copia反转录转座子的分子标记开发利用及花生分子育种奠定了一定基础。

家蚕微孢子虫和柞蚕微孢子虫LINE类反转录转座子R4的鉴定及系统进化分析

反转录转座子在物种基因组的进化中发挥重要作用,LINE元件属于non-LTR反转录转座子的类型之一。通过生物信息学分析方法,鉴定了一个全长3 855 bp的柞蚕微孢子虫(Nosema pernyi)LINE元件R4Na和一个全长3 970 bp的家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)LINE元件R4Nb。R4Na在柞蚕微孢子虫基因组中有4个呈串联排列的完整拷贝,其余拷贝序列结构和R4Nb的拷贝序列结构有很大差异,显示二者的变异程度很大,暗示2种微孢子虫比较古老。利用转录组高通量测序库比对,R4Nb反转录酶编码区插入的外源序列具有转录活性,暗示这段外源序列可能被招募为外显子。依据LINE元件的反转录酶结构域序列构建2种微孢子虫以及东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)、西方蜜蜂微孢子虫(Nosema apis)、按蚊微孢子虫(Anncaliia algerae)的系统进化树,结果显示R4Na和R4Nb与其它昆虫微孢子虫的R4元件具有一定相似性,而且R4元件家族在昆虫微孢子虫基因组分化过程中形成明显的3个进化群。研究结果证明家蚕微孢子虫和柞蚕微孢子虫的基因组中均存在LINE类反转录转座子,为研究2种微孢子虫的基因组结构提供了新的线索。

裸燕麦Ty1-copia类反转录转座子反转录酶序列的分离、鉴定与分析

本研究根据Ty1-copia类反转录转座子反转录酶的保守区设计简并引物,通过PCR扩增,从裸燕麦(Avena nuda L.)品种‘品燕1号’基因组中分离获得23条Ty1-copia类反转录转座子序列,并对序列特征、系统发育关系及其转录活性进行分析。结果显示,23条Ty1-copia类反转录转座子存在较高的异质性,序列间的一致性为45%～98%,存在插入、移码和终止密码突变,但频率不高;系统发育分析结果表明,燕麦Ty1-copia类反转录转座子在进化过程中主要为垂直传递。本研究通过检索燕麦基因表达数据库,发现了5个有转录活性的Ty1-copia类反转录转座子。

马铃薯全基因组LTR反转录转座子分析

采用LTR-FINDER软件对马铃薯(Solanum tuberosum)全基因组中的LTR反转录转座子进行分析,共发现4 725个全长LTR反转录转座子,平均长度约7 393 bp,其中反转录转座子的LTR平均长度为786 bp,全长LTR反转录转座子总碱基数约占马铃薯全基因组碱基数的4.95%。系统发育分析结果显示马铃薯LTR反转录转座子具有较高的遗传多样性和异质性。

毛竹LTR反转录转座子PHRE8的鉴定与转录模式分析

LTR反转录转座子是植物基因组中重要的组成部分,可作为遗传工具在生物学研究上发挥重要作用。为探究毛竹中具有潜在活性的LTR反转录转座子,解析LTR反转录转座子转座激活机制,本研究从毛竹基因组中克隆1条典型的LTR反转录转座子序列,命名为PHRE8,系统地分析了PHRE8的结构特征、插入特性和进化关系,并利用荧光定量PCR检测PHRE8在DNA甲基化抑制剂(5-氮杂胞苷)、辐射、高温、低温、高盐逆境胁迫下的转录水平。结果表明,PHRE8属于Ty3-gypsy超家族,全长5296 bp,具有完整的GAG与POL结构域,插入时间约为123.07万年,是具有理论潜在活性的转座子;在不同胁迫处理下,与野生实生苗相比,PHRE8的相对表达量均有所增加,猜测PHRE8在不同胁迫条件下,会激发其转录活性,影响宿主基因组结构和基因表达模式的变化,以适应外界环境改变。本研究结果为进一步探究毛竹基因组中活性转座子的功能奠定了一定的理论基础。