植物反转录转座子及其在功能基因组学中的应用

高等植物中的反转录转座子是构成植物基因组的重要成分之一.它分病毒家族和非病毒家族两类,病毒家族包括反转录病毒和类似于反转录病毒的非病毒转座子,病毒家族中的反转录转座子可再细分为Ty3-gypsy类和Ty1-copia类;非病毒家族可细分为LINE类和SINE类.正常情况下大部分反转录转座子不具有活性,某些生物或非生物因素胁迫可激活部分反转录转座子转座.反转录转座子自身编码反转录酶进行转录,以"拷贝-粘贴"的转座模式导致基因组扩增和进化.具有活性的反转录转座子通过插入产生新的突变,可作为一种基因标签技术,应用于功能基因组学研究,并成为研究植物基因功能和表达的重要技术平台.本文综述了近几年来在植物反转录转座子方面的研究进展,主要包括植物反转录转座子的结构、特征、活性及其对基因组的影响和它们在功能基因组学中的应用.     

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。     

Copia 类型反转录转座子在籽粒苋中的表现

利用籽粒苋为材料 ,通过PCR扩增、克隆研究了copia类型反转录转座子的反转录酶序列在籽粒苋中的表现 ,结果表明 :(1)反转录转座子在苋属的 30个品系中同时检测到 ,说明反转录转座子在籽粒苋的不同种中普遍存在 ;(2 )对野生苋 (A .quitensis)中克隆、序列分析 2 8个反转录转座子的反转录酶序列 ,碱基分析表明 ,它们存在高度异质性 ,不同的反转录酶序列均存在不同程度的碱基缺失突变和终止密码子的突变 ;(3)对 2 8个序列与已发表的一些不同物种 (如水稻、矮牵牛和果蝇等 )的同一类型序列聚类分析表明 ,存在于野生苋中的反转录转座子与来源于双子叶或单子叶植物的反转录转座子关系密切 ,它们与果蝇的copia因子和 1731因子可能具有相同的起源     

植物活性长末端重复序列反转录转座子研究进展

长末端重复序列(Long terminal repeat,LTR)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DNA序列,它们以RNA为媒介,通过"复制粘贴"机制在基因组中不断自我复制。在高等植物中,许多活性的LTR反转录转座子已被详尽研究并应用于分子标记技术、基因标签、插入型突变及基因功能等分析。本文对植物活性LTR反转录转座子进行全面的调查,并对其结构、拷贝数和分布以及转座特性进行系统的归纳,分析了植物活性LTR反转录转座子的gag(种属特异抗原)和pol(聚合酶)序列特征,以及LTR序列中顺式调控元件的分布。研究发现自主有活性的LTR反转录转座子必须具备LTR区域以及编码Gag、Pr、Int、Rt和Rh蛋白的基因区。其中两端LTR区域具有高度同源性且富含顺式调控元件;Rt蛋白必备RVT结构域;Rh蛋白必备RNase_H1_RT结构域。这些结果为后续植物活性LTR反转录转座子的鉴定和功能分析奠定了重要基础。     

植物Tnt1反转录转座子突变体库的特征及应用

植物反转录转座子是转座子中的一大类。目前, 在构建突变体库中应用较多的反转录转座子包括Tnt1、Tos17、Tto1和LORE1。该文比较了利用不同反转录转座子构建的植物突变体库的特征, 并对目前应用较为广泛的Tnt1突变体库进行了详细的分析和总结, 重点对豆科模式植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula) Tnt1突变体库的构建及其在固氮、代谢和发育等方面的应用进行了系统概括。该综述将有助于全面了解蒺藜苜蓿Tnt1突变体库的特征, 并为豆科植物功能基因组学研究提供有益的参考。     

低能离子束促进小麦copia-反转录转座子的转录与转座

LTR-反转录转座子是真核基因组重要的组成部分,能通过RNA中间体完成在基因组上的转座。小麦种子受低能氮离子束注入后能促进其反转录转座子的转录,经不同剂量的氮离子束注入的种子发芽24h和48h后,其中的copia-反转录转座子的转录都有不同程度的提高,最高可达到对照的40倍。用基于反转录转座子扩增多态性和反转录转座子微卫星扩增多态性2种分子标记技术扩增经低能氮离子注入后的小麦DNA,指纹图谱显示出了一定的多态性,这说明低能氮离子束激活了小麦中反转录转座子的转座活性。转座子转录活性的增强可调节其邻近基因的表达和mRNA的拼接,反转录转座子插入到基因组上新的位点后,使基因组上的基因发生了重排,这种重排可能表现为植物表型的改变。因此,推测反转录转座子的转录活性提高和转座激活是产生低能离子束注入生物效应的重要原因之一。     

反转录转座子标记及在作物遗传育种中的应用

反转录转座子通过RNA中间体进行反转录而转座,广泛分布于各种植物基因组中,拷贝数多,异质性高,在种内和种间表现出较高的序列差异性和丰富的插入多态性。针对这些特点,开发出了几种基于反转录转座子的分子标记,如SSAP、RIVPI、RAP、REMAP和RBIP等。由于反转录转座子标记能揭示出丰富的多态性,因而在遗传多样性和系谱研究、遗传连锁图谱构建及性状基因定位等方面得到了应用。随着分离技术的不断改进,获取序列信息更加容易,反转录转座子作为分子标记用于作物遗传育种将具有广阔前景。     

高等植物转座子的超家族及其应用(综述)

转座子是广泛存在于高等植物基因组中的可移动的DNA分子。文中主要介绍高等植物的各种转座子超家族,包括LTR类反转录转座子、hAT、CACTA因子、Mutator和MULEs、Tc1/mariner、微小反向重复转座子MITEs等;另外还阐述了植物转座子标签体系和筛选方法,以及转座子在生物多样性与遗传连锁分析、植物基因组学研究与植物性状改良方面中的应用。     

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。     

植物反转录转座子及其分子标记

反转录转座子（retrotransposon）是真核生物中一类可移动因子,可分为LTR反转录转座子和非LTR反转录转座子。反转录转座子以高拷贝在植物界广泛分布,可以通过纵向和横向分别在世代之间和不同种之间进行传递,同一家族的反转录转座子具有高度的异质性. 在一些生物的和非生物的逆境条件下,反转录转座子的转录可以被激活。由于反转录转座子的特点,使其作为一种分子标记得以应用。S-SAP、IRAP、REMAP和RBIP等分子标记相继发展起来,在基因作图、生物遗传多样性与系统进化、品种鉴定等方面具有广泛的应用前景。     

植物反转录转座子及其分子标记

反转录转座子(retrotransposon)是真核生物中一类可移动因子,可分为m反转录转座子和非LTR反转录转座子。反转录转座子以高拷贝在植物界广泛分布,可以通过纵向和横向分别在世代之间和不同种之间进行传递,同一家族的反转录转座子具有高度的异质性．在一些生物的和非生物的逆境条件下,反转录转座子的转录可以被激活。由于反转录转座子的特点,使其作为一种分子标记得以应用。SSAP、IRAP、REMAP和RBIP等分子标记相继发展起来,在基因作图、生物遗传多样性与系统进化、品种鉴定等方面具有广泛的应用前景。     

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。     

Applications of retrotransposons as genetic tools in plant biology

Retrotransposons are mobile genetic elements that accomplish transposition via an RNA intermediate that is reverse transcribed before integration into a new location within the host genome. They are ubiquitous in eukaryotic organisms and constitute a major portion of the nuclear genome (often more than half of the total DNA) in plants. Furthermore, they are dispersed as interspersed repetitive sequences throughout most of the length of all host chromosomes. These unique properties of retrotransposons have been exploited as genetic tools for plant genome analysis. Major applications are in determining phylogeny and genetic diversity and in the functional analyses of genes in plants. Here, recent advances in molecular markers, gene tagging and functional genomics technologies using plant retrotransposons are described.     

Diversity and varietal classification of Hibiscus syriacus L. with the heterogeneity within retrotransposon-like elements

Retrotransposons are present in multi-copy numbers that are integrated into plant genomes with considerable heterogeneous sequences within a single plant and between plant species, which allows the use of retrotransposons as additional sources of DNA polymorphism. A primer design for the sequence-tagged specific site and cleaved amplified polymorphic sequences (STS-CAPs) that are derived from retrotransposon-like sequences was developed for the molecular marker analysis in Hibiscus syriacus. This method was applied for the detection of sequence variations of intact retrotransposons that exist in plant genomes, which resulted in higher polymorphisms than in the amplified fragment length polymorphism (AFLP). Through STS-CAPs, specific fingerprinting data among H. syriacus varieties can be easily distinguished and generated with reproducible results. It could also be adapted to any species that possess multi-copy retrotransposons for varietal identification as well as the assessment of genetic relationships.     

Novel clades of chromodomain-containing Gypsy LTR retrotransposons from mosses (Bryophyta)

Retrotransposons are the major component of plant genomes. Chromodomain-containing Gypsy long terminal repeat (LTR) retrotransposons are widely distributed in eukaryotes. Four distinct clades of chromodomain-containing Gypsy retroelements are known from the vascular plants: Reina, CRM, Galadriel and Tekay. At the same time, almost nothing is known about the repertoire of LTR retrotransposons in bryophyte genomes. We have combined a search of chromodomain-containing Gypsy retroelements in Physcomitrella genomic sequences and an experimental investigation of diverse moss species. The computer-based mining of the chromodomain-containing LTR retrotransposons allowed us to describe four different elements from Physcomitrella. Four novel clades were identified that are evolutionarily distinct from the chromodomain-containing Gypsy LTR retrotransposons of other plants.