水稻和高粱同源区段的比较基因组学研究
刘云龙
学位类型博士
导师高立志
2012-05
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业植物学
关键词基因组大小变异 Ltr反转录转座子 基因丢失 同源区段 拷贝数目变异 二代测序
摘要基因组大小(Genome Size)是重要的生物学特征,植物核基因组的大小差异很大。影响基因组大小进化的因素中,一方面多倍化和转座子(尤其是LTR反转录转座子)的扩增使基因组急剧增大,另一方面不等重组和异常重组等DNA删除机制反向削弱基因组的膨胀,这两种相反的机制在不同的物种中表现出不同的样式,形成现有植物多样化的基因组大小。约70百万年前发生的全基因组重复(ρ)事件使大多数禾本科(Poaceae)植物都包含了大量重复区段,通过比较这些同源区段可以更加细致地研究转座子和基因丢失等在基因组大小变异和进化中的作用。以往由于只有水稻(Oryza sativa L. ssp. japonica)基因组完成测序,高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays ssp. mays L.)等全基因组测序尚未完成,同源区段的取样存在局限性,往往只是少数几个基因的区域或者BAC大小的区段之间的比较,得到的结论难以推及全基因组水平。本研究利用已完成测序的水稻和高粱基因组比较研究较长的同源染色体区段。我们使用“quota-based”共线性搜索方法,通过比较29029个水稻基因和27444个高粱基因确认水稻和高粱基因组中的ρ重复区段。在水稻中找到23个ρ重复区段(覆盖44%水稻基因组),在高粱中找到38个ρ重复区段(覆盖25%高粱基因组)。同样的方法在种间比较中找到36个直系同源区段(分别覆盖77%水稻和70%高粱基因组),根据直系同源关系整合两物种内的ρ重复区段得到8个quarternary区段(四元同源区段),进而分析了基因和转座子等组分对这些区段大小变异的影响。种间的比较结果表明ρ重复发生后物种分歧前ρ重复区段中重复基因丢失和保留的差异决定了重复区段间大小变异的基本趋势, 而LTR反转录转座子扩增规模的差异在之后的进化过程中延续和扩大了这种趋势。比较而言,DNA转座子和non-LTR反转录转座子的差异没有显著影响同源区段的大小变异,LTR反转录转座子的差异才是影响这些染色体区段大小变化程度的显著因素,这一点在高粱基因组中表现尤为明显。拷贝数目变异(Copy Number Variations,CNVs)包括大尺度的DNA删除和重复(一般长度大于1Kb),在基因组中普遍存在。CNVs是重要的遗传变异,对多种疾病以及基因组的可塑性有显著影响。在哺乳动物中已经开展了大量CNVs研究,获得了丰富的数据,而植物中的相关研究才刚起步。稻属(Oryza L.)AA基因组测序工作产生的数据为研究野生稻基因组拷贝数目变异提供了前所未有的机会。我们选取AA基因组野生稻7个样本(O. rufipogon,O. nivara,O. glaberrima,O. barthii,O. glumaepatula,O. longistaminata,O. meridionalis),通过Illumina GAII测序,用不少于10X覆盖度的短序列比对到参照基因组O. sativa L. ssp. japonica (MSU RGAP 6.1)上。基于read-depth分析,利用Freec和mrCaNaVar两种流程来检测和比较每个基因组的拷贝数目变异。目前利用Freec在其中5个基因组中找到59个长度超过20Kb的节段重复(segmental duplication,也就是拷贝数目大于参照基因组的CNVs),大多数是2个以上基因组共有的CNVs并且都与基因区域相关。由于本研究还处于探索试验阶段,初步获得的结果还有有待mrCaNaVar等其它方法进一步的确认和验证。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/18714
专题昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
刘云龙. 水稻和高粱同源区段的比较基因组学研究[D]. 中国科学院研究生院,2012.
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