新葡集团3522在超大基因组转座子动态研究中取得进展
发表日期: 2021-08-18 作者: 王杰 文章来源:
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 真核生物“流行”小基因组,绝大多数种类的基因组小于 4 Gb,然而它们基因组大小的差异竟达到惊人的 64,000 倍,八倍体百合日本重楼Paris japonica的基因组最大(150 Gb),二倍体石花肺鱼Protopterus aethiopicus的基因组次之(130 Gb),原生动物微孢子虫Encephalitozoon intestinalis的基因组最小(2.3 Mb)。真核生物单倍体基因组中DNA的含量与其进化上的地位或者说复杂性无关甚至矛盾的现象被称谓“C 值悖论”(C-value paradox or enigma)。植物基因组大小的快速变化可以通过多倍化实现,然后经过大规模的染色体重排和删除事件将基因组的扩张稳定下来。然而,对动物而言,基因组的多倍化现象比较罕见,基因组大小的进化之谜令人费解。“为什么一些基因组很大,另一些又非常小”也因此被 之一。 

 转座子(transposable elements, TE)可在染色体DNA上自主复制和“跳跃”,曾长期被认为是垃圾信息 近年来被证实是驱动基因组扩张的主要组分。超大基因组(一般指基因组大于10 Gb)在动物中非常罕见,我们以两栖动物原始类群版纳鱼螈(Ichthyophis bannanicus)为研究对象(基因组大小约12.2G),采用低覆盖度(0.1×)测序研究其转座子的景观和动态。这是两栖纲蚓螈目第一个基因组层面的解析。 

 该研究发现,重复序列占鱼螈基因组的78%,而转座子约占68%,包含至少25个超家族,以DIRSJockey转座子最为丰富,分别占基因组的30.2%20.6%,这样的组成与两栖类蝾螈目和无尾目甚为不同,而与“四足动物最亲近的鱼类活化石”—— 肺鱼更为接近,提示转座子在四足动物祖先由水登陆过程中起重要作用。DIRSGypsy转座子被易位重组介导的删除速率与其它脊椎动物相似,都比较低,并且转座子的大多数超家族依然活跃,表达量占体细胞总表达量的15%,表明超大基因组在历史扩张中保持了比较高的转座子多样性。 

 此外,我们归纳总结了文献中有关转座子数量与多样性的动态模型,并首次引入生态学中的ShannonGini-Simpson指数对鱼螈及其它10种模式动物转座子的多样性进行同样的计算分析,以验证这些模型是否符合实证。据此提出今后应将此类一致性分析引入类似的研究中,以便反映转座子与宿主博弈的规律。 

 研究结果以“Gigantic Genomes Provide Empirical Tests of Transposable Element Dynamics Models” 为题,发表于遗传学领域top期刊Genomics Proteomics Bioinformatics IF = 7.691 )。中科院新葡集团3522江建平研究组王杰副研究员为论文第一作者和共同通讯作者,江建平研究员、李家堂研究员、龚宇舟博士,中南财经政法大学信息与安全工程学院王会举教授、中国农业科学院蜜蜂研究所孙成研究员为合作作者,科罗拉多州立大学Rachel Lockridge Mueller教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目(31570391)、国家重点研发计划珍稀动物濒危机制及保护技术研究2016YFC0503200)等项目资助。  

    

  1四肢退化消失、营穴居生活的国家二级重点保护动物—版纳鱼螈(任金龙拍摄) 

  2 版纳鱼螈基因组中19个超家族转座子的历史动态 

  3 DIRSGypsy超家族转座子由移位重组引起的删除率比较 

  4 不同超家族转座子的表达与其在基因组中的含量呈线性相关(R = 0.879, P < 0.001 

  图5 转座子随基因组大小变化的动态模型 


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