二化螟Ty3/gypsy反转座子的克隆与序列分析

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二化螟为钻蛀性害虫,广泛分布于我国各水稻产区,近年来危害加重。二化螟分布广且呈现周期性爆发的特点,这可能与其种群的遗传多样性及其在不同生境中的遗传适应分子机制相关。反转录转座子是宿主体内可以移动的DNA序列,当反转录转座子在宿主体内转座以及增殖时,变异不断被积累遗传,最终导致种群的分化以及物种的变异。大量证据表明反转录转座子是生物基因组进化的重要动力,同时也是物种多样性形成的主要来源。转座子已成为研究基因功能与表达调控、生物多样性及生物进化机制的重要工具(或标记)。研究发现,二化螟体内含有大量的反转录转座子序列。因此,我们试图利用二化螟体内的内源性反转座子对二化螟的种群遗传多样性进行研究。本文利用二化螟体内已知的一条Ty3/gypsy反转座子序列片段,通过反向PCR和基因组步移等方法成功克隆获得了一条完整的Ty3/gypsy反转座子序列,对该反转座子序列进行了较系统的研究与分析。再者,对二化螟Ty3/gypsy反转座子序列中的天冬氨酰蛋白酶(AP)基因进行了较系统的研究与分析。最后,对二化螟体内两种类型转座子序列的单碱基变异特点进行了细致的比对分析。本文的研究,一方面使我们对二化螟Ty3/gypsy内源性反转座子的序列结构特征等有了一个系统性的认识;另一方面,通过对这两种类型转座子序列变异的研究,使我们对二化螟内源性反转座子序列的变异特点有了深刻的了解。可以将新克隆获得的二化螟Ty3/gypsy反转座子进一步用于二化螟地理种群遗传多样性的研究,将二化螟种群发生与变异的生态因素和内源分子遗传因素相结合,认识与二化螟种群遗传多样性相适应的分子形成机制。为阐明二化螟种群消长和爆发成灾的遗传适应机制提供理论依据。一、二化螟Ty3/gypsy反转座子的克隆与序列分析基于二化螟转录组数据库中的一条Ty3/gypsy类反转座子序列片段,利用反向PCR和Genome Walking方法成功克隆出Ty3/gypsy类反转座子的全长序列,命名为Csu-Ty3 (GenBank登录号:KJ191261)。该序列全长4939bp,在基因组上插入的靶位点是‘’AACGT",两端的LTR不完全相同,5’端LTR长161 bp,3’端LTR长168bp,两者的一致度为93.5%.经ORF Finder分析,Csu-Ty3中包含三个独立的ORF,从左到右依次编码GAG蛋白、AP蛋白和一个多聚蛋白。Southern杂交显示二化螟不同地理种群中均有较多的Csu-Ty3拷贝。在特定基因座位上,除了德阳和江津种群中有些个体在该位点上没有检测到Csu-Ty3拷贝的插入,其余种群中在该位点上均含有Csu-Ty3拷贝的插入。二、二化螟Ty3/gypsy反转座子天冬氨酰蛋白酶(AP)序列的克隆与分析本文首次系统研究了二化螟Ty3/gypsy反转座子的AP基因序列(GenBank: KF886014)。AP基因具有独立的开放阅读框,长528 bp,编码的蛋白含175个氨基酸残基。该蛋白中含有一个特异的Aspprotease2保守功能域。对同一基因座位上的AP序列多重比对分析,发现共存在46处碱基替换,其中碱基转换有31处,碱基颠换有15处,A→G的变异形式出现最多,有15处;其次是T→C的变异形式,有11处;其余的变异形式都很少,但绝大部分拷贝的ORF完整,能编码完整的蛋白。三、二化螟体内两种类型转座子单碱基变异特点分析利用多重序列比对分析软件,分别对二化螟体内发现的DNA型转座子和RNA型转座子进行独立的多重序列比对分析,发现这两种类型的转座子序列在单个碱基的替换中表现出相似的特点。单碱基的转换数均显著高于颠换数。在单碱基转换形式中,A::T→G::C的变异数均显著高于G::C→A::T,这与其他类似的研究结果明显不同。进一步对ORF区内单个碱基变异特点进行分析,结果显示在密码子的3个不同位置,发生单碱基替换的概率无显著差异。单碱基替换导致的氨基酸错义突变显著高于其他类型的氨基酸突变。密码子第3位上碱基替换导致的氨基酸同义突变数是最高的。
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