Tc1/Mariner转座子超家族的研究进展

随着高通量测序技术的迅猛发展,越来越多的生物基因组注释结果表明：转座子几乎存在于所有生物的基因组中,是大多数生物基因组的重要组分。其中,Tc1/Mariner转座子是自然界中分布最广泛的一类DNA转座子超家族,在自然界已经发现14个有活性的Tc1/Mariner转座子(如Minos,Mos1等),另外通过分子重构也获得高活性的人工转座子,如睡美人转座子(Sleeping Beauty, SB)。SB和Mos1等转座子作为基因转移载体已被广泛应用于转基因、基因捕获和基因治疗等领域的研究中,并取得了很好的应用效果。本文将重点综述Tc1/Mariner转座子的结构、分类、分布、转座机制、活性转座子的挖掘,及其在转基因、基因捕获和基因治疗等研究领域的应用。     

斑马鱼转座子时空表达特性

转座子是基因组中可移动和扩展的元件,能够插入新的位点,影响基因组和基因的结构和功能,是基因组进化的内在驱动。为探讨转座子的时空表达特性,首先通过生物信息学方法鉴定出斑马鱼9个疑似活性转座子,包括DNA转座子Tc1家族(Tc-a、Tc-b、Tc-c、Tc-d、Tc-e)、反转录转座子ERV家族(ERV-1、ERV-2)和LINE家族(L1-323、L1-21),然后采用实时荧光定量PCR法检测上述转座子在斑马鱼早期胚胎发育7个阶段及成鱼各主要脏器的表达活性。结果表明:Tc1家族在0.75、2.00、3.00 h各阶段无转录活性,在6.00、15.00、24.00、48.00 h各阶段各转座子均有较高转录活性;反转录转座子转录活性最早出现于3 h,最晚出现于15 h,且随着发育时间的延长,转录活性显著增强。9种转座子在成鱼心脏、大脑、肌肉、肝脏、睾丸和卵巢均有表达,且大脑和心脏中的表达水平显著高于其他组织,睾丸表达水平最低。分析表明转座子的表达具有时间和组织的特异性,可能参与斑马鱼胚胎和组织器官发育调控,尤其是大脑和心脏发育。这些结果为进一步研究转座子是否具有基因表达调控功能提供重要参考。     

转座子引起的猪ktn1基因结构变异及其与生产性能的关联分析

为探明转座子对猪的ktn1基因及其侧翼区结构变异的贡献,从全基因组测序(WGS)数据库中获取14个猪基因组中的ktn1基因序列和侧翼序列,通过ClustalX多序列比对和RepeatMasker转座子注释,全面解析转座子对ktn1的影响。通过PCR检测到一个SINEA1转座子插入多态,在苏姜猪群体中与相关性状进行关联分析。结果显示,ktn1基因及其侧翼区中含有至少77个转座子片段,其中绝大部分(98.70%)为SINE类转座子,并鉴定到9个小结构变异和4个由转座子引起的大结构变异,表明转座子是基因变异的重要来源。其中一个SINEA1插入多态引起的结构变异,在不同品种中呈现丰富的多态性,且无插入个体(SINE-/-)苏姜猪的断奶窝重((64.20±10.6) kg)比纯合有插入个体(SINE+/+)((74.14±9.0) kg)和杂合有插入个体(SINE+/-)((69.71±7.7) kg)轻(P<0.05),表明基于转座子插入多态研发分子标记具有可行性,提示转座子插入多态分子标记在分子辅助育种中具有较强的应用潜力。     

猪esr基因反转录转座子插入多态性及其与大白猪生产性能的关联性分析

雌激素受体 (Estrogen receptor,esr) 介导雌激素影响相关基因表达,从而调控哺乳动物的生长和繁殖机能。为了探讨esr基因的反转录转座子多态性对猪生长性能的影响,文中应用比较基因组学和生物信息学方法,预测猪esr基因的反转录转座子插入位点,采用PCR方法验证不同品种猪中插入多态性,并将该基因型与大白猪性能进行关联分析。结果显示,esr1和esr2基因验证后得到4个反转录转座子多态性位点,分别是位于esr1基因内含子2的esr1-SINE-RIP1、位于内含子5的esr1-LINE-RIP2和esr1-SINE-RIP3,以及位于esr2基因内含子1的esr2-LINE-RIP。其中esr1-SINE-RIP1的287 bp SINE插入对大白猪的活体背膘厚和100 kg体重背膘厚有显著影响 (P<0.05) ,纯合有插入 (SINE+/+) 的活体背膘厚和100 kg体重背膘厚显著高于杂合有插入 (SINE+/-) 和无插入 (SINE-/-) 型。这表明esr1-SINE-RIP1位点可作为分子标记辅助选育大白猪的背膘厚性状。     

9种硬骨鱼类转座组注释

通过生物信息学手段对9种硬骨鱼转座组进行注释。结果表明9种硬骨鱼类转座组大小和构成差异显著,其转座组含量从高到低分别为斑马鱼、矛尾鱼、青鳉鱼、罗非鱼、花斑剑尾鱼、大西洋鳕鱼、三刺鱼、金娃娃和红鳍东方鲀,转座子含量和基因组大小呈正相关。DNA转座子在硬骨鱼类中具有多样性高和含量差异大的特点(0.50%–38.37%),是硬骨鱼类转座组差异的主要决定因素,其中h AT和Tc/Mariner超家族是硬骨鱼类主要的DNA转座子。RNA转座子在硬骨鱼类中也具有多样性高的特点,其中LINE转座子占硬骨鱼类基因组的0.53%–5.75%,共检测到14个超家族分布,其中L1、L2、RTE和Rex转座子扩增较为明显,LTR转座子除了在斑马鱼和三刺鱼中含量达到5.58%和2.51%,在大多硬骨鱼类基因组中的含量低于2%,在硬骨鱼类中共检测到6个LTR转座子(Copia、DIRS、ERV、Gypsy、Ngaro和Pao)超家族分布,其中扩增最为明显的是Gypsy。而SINE转座子在硬骨鱼类中扩增最弱,仅在斑马鱼和矛尾鱼中分别达到3.28%和5.64%,在其他7个物种中低于1%。SINE中t RNA、5S和MIR三个超家族在部分硬骨鱼类中有一定程度扩增。本研究表明硬骨鱼类转座组具有多样性丰富、差异大的特点,转座组差异与硬骨鱼基因组大小有很强的相关性,转座组是决定硬骨鱼基因组大小的重要因素。