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。     

海岛棉GAUT基因家族的鉴定及其在棉纤维发育中的表达分析

本研究鉴定了海岛棉全基因组中的GAUT基因家族,对其进行了生物信息学及纤维发育过程中的表达分析。结果表明,海岛棉GAUT家族包含37个成员,分为3个亚组,分布在海岛棉18条染色体上。GAUT氨基酸序列保守基序有4个,保守性较强,所有GAUT蛋白均定位在高尔基体膜。根据GAUTs在海岛棉纤维发育不同时期的表达变化,将其分为起始期高表达、纤维伸长期高表达、次生壁增厚期高表达、全时期低表达等4类模式。其中,GAUT05、GAUT06、GAUT07、GAUT23、GAUT24、GAUT26等在纤维发育某个时期具有优势表达的基因可能在纤维发育过程中发挥着重要作用。上述结果为研究海岛棉GAUT基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。     

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。     

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。     

家蚕LTR逆转录转座子的鉴定、分类及系统发育分析

转座子是真核生物基因组的重要组成成分。为了研究家蚕Bombyx mori长末端重复序列 (long terminal repeat, LTR)逆转录转座子的分类及进化, 本研究采用de novo预测和同源性搜索相结合的方法, 在家蚕基因组中共鉴定出了38个LTR逆转录转座子家族, 序列长度占整个基因组的0.64%, 远小于先前预测的11.8%, 其中有6个家族为本研究的新发现。38个家族中, 26个家族有表达序列标签 (expression sequence tag, EST)证据, 表明这些家族具有潜在的活性。对有EST证据的6个家族和没有EST证据的5个家族用RT-PCR进行了组织表达谱实验, 结果表明这11个家族在一些组织中有表达, 这进一步证实了这些家族具有转录活性, 基于此我们推测家蚕中大部分的LTR逆转录转座子家族很可能具有潜在活性。对转座子的插入时间进行估计, 结果表明绝大部分元件都是最近1百万年内插入到家蚕基因组中的。我们还比较了黑腹果蝇Drosophila melanogaster、 冈比亚按蚊Anopheles gambiae和家蚕B. mori中Ty3/Gypsy超家族分支的差异, 结果表明不同枝在不同昆虫中有着不同的扩张。家蚕中LTR逆转录转座子的鉴定和系统分析有助于我们理解逆转录转座子在昆虫进化中的作用。     

白菜和甘蓝基因组转座子表达及其对基因调控的潜在影响

转座子或转座元件是大多数真核生物基因组的主要组成成分。甘蓝(Brassica oleracea)基因组比白菜(B. rapa)大主要是转座子的扩增差异造成的。然而, 这两个芸薹属近缘物种转座子表达水平以及对基因的调控和功能的影响目前还不清楚。文章对白菜和甘蓝叶、根、茎3个器官的转录组数据进行了初步分析。结果显示, 转座子的表达量很低, 转录组reads中有1%来自转座子的转录本; 转座子的表达存在器官差异, 且不同类别和家族的转座子表达量相差很大, 相同类别和同一家族的转座子在白菜和甘蓝基因组中的表达活性也不相同。进一步鉴定到转录读出的LTR反转座子, 其与下游基因距离小于2 kb的有41个, 小于100 bp的有9个, 这些LTR的转录读出很可能通过正义或反义的转录本激活或干扰下游基因的表达。同时, 具有转录读出的intact LTR比solo LTR具有更强的读出活性。通过深入分析转座子的插入位点发现, 白菜基因组中转座子插入基因内部的频率比甘蓝基因组中的高; 与反转座子相比, DNA转座子更偏向于插入或保留在基因的内含子当中。这些结果为认识转座子对其他蛋白编码基因的影响提供了基础。     

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。     

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。     

美洲大蠊基因组重复序列分析

重复序列是真核生物基因组的重要组成部分。一些重复序列,如自主型的逆转录转座子LINE,在昆虫的系统进化和遗传多样性研究方面得到了广泛的应用。de novo从头预测和基于同源比对预测相结合的方法被用来搜索美洲大蠊Periplaneta americana基因组,共鉴定出大约占全基因组62%的重复序列。研究发现,散在重复序列中,DNA转座子占美洲大蠊基因组的16.18%;逆转座元件中LINE最多,占基因组的13.64%,SINE和LTR分别占基因组的3.52%和1.32%。LINEs中的Bov Bs亚家族在所有转座子亚家族中比例最高(约6.73%)。美洲大蠊与德国小蠊Blattella germanica相比,除LTR外,其他类型的转座子占基因组的比例均高于德国小蠊。通过分析逆转录转座子反转录酶完整度、氨基酸序列相似度及遗传距离,从美洲大蠊基因组中鉴定出一类BovBs:RTE-1_PAm。BovBs的反转录酶氨基酸序列的系统树表明,美洲大蠊与内华达古白蚁Zootermopsis nevadensis的进化关系比与其同属蜚蠊科Blattidae的德国小蠊的关系更近。昆虫中BovBs的进化关系与传统核基因进化关系的不同,表明转座子的进化相对宿主基因的进化具有一定的独立性。     

酵母Ty1和Ty3转座调控机制研究进展

LTR(Long Terminal Repetition, LTR)反转录转座子广泛存在于真核生物界,是逆转录病毒的进化祖先。LTR反转录转座子有两个古老的家族,Ty1/Copia和Ty3/Gypsy。目前关于LTR反转录转座子转座机制及调控机制研究最透彻的是来源于酵母的两个活性转座子Ty1和Ty3。全面综述了Ty1和Ty3的分子生物学机制相关的最新研究进展。系统总结了Ty1和Ty3的结构特征及转座特性,归纳了Ty1和Ty3与宿主共生的调控机制,为进一步了解酵母LTR反转录转座子相关转座调控机制提供参考。     

棉花YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族属于锌指蛋白超家族(Zinc finger super-family)的亚家族,在调控植物叶和花器官发育过程中起着重要的作用。从陆地棉标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到23个YABBY基因家族成员,具有不同的亚细胞定位;这些基因分布在16条染色体和1条Scaffold上,且有9对共线性基因;棉花的YABBY基因家族分为4个亚组,每个亚组都有与拟南芥同源的基因,且每个亚组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析表明,TM-1全基因组中的23个YABBY基因家族成员具有较为广泛的组织表达类型。所有YABBY基因家族成员在花、蕾和茎端分生组织中表达。     

海岛棉WRKY转录因子的全基因组鉴定及响应黄萎病菌侵染的表达分析

WRKY蛋白是植物中一类重要的转录因子,其在很多生物过程中都发挥有重要作用。目前,关于海岛棉(Gossypium barbadense L.)WRKY转录因子的研究相对较少。本研究利用生物信息学方法在海岛棉基因组中鉴定出180个WRKY转录因子(GbWRKY)。根据基因结构及系统进化关系,可将GbWRKY基因分为3组(I～III),II组又可细分为5个亚组(IIa～IIe)。GbWRKY基因在染色体上分布不均匀。基因重复事件分析表明,全基因组复制及区段重复事件是GbWRKY基因数量增多的主要原因。表达分析发现,有61个GbWRKY基因在黄萎病菌(Verticillium dahliae)侵染条件下呈现差异表达,表明它们在黄萎病菌胁迫应答过程中发挥作用。本研究结果揭示了海岛棉WRKY转录因子的结构、进化及表达特征,为进一步研究棉花WRKY基因的功能提供了理论指导。     

Mutator超家族转座子研究进展

转座子是一类可以在基因组中不同遗传位点间移动的DNA序列,在其转移过程中有时会伴随自身拷贝数的增加。作为基因组的重要组成部分,转座子可以通过多种方式影响宿主基因及基因组的结构与功能,进而在宿主的演化过程中扮演重要角色。目前依据转座过程中间体类型的不同可以将其分为I类转座子和II类转座子。Mutator超家族转座子是20世纪70年代在玉米(Zea may L.)中发现的一类特殊的转座子,其属于II类转座子,广泛存在于真核生物基因组中,包含遗传特征明晰可分的众多转座子家族。此外,该超家族转座子转座频率高,倾向于插入基因富含区及低拷贝序列区,可快速产生大量新的突变体,目前已被广泛应用于正向及反向遗传学研究。本文结合近年来相关研究结果,围绕Mutator超家族转座子的分类组成、结构特征、转座机制、插入偏好、靶位点重复序列以及玉米自主性MULEs元件展开综述,并对转座子研究面临的问题及未来研究方向进行了探讨,旨在与研究领域内的同行探讨相关研究的可能突破点、未来发展方向及可能产生的重大影响。     

类Tc1转座子研究进展

转座子广泛存在于各种生物基因组中,能在染色体不同位点间转座,并在基因组中大量扩增.转座子的活动能引起生物基因组或基因的重组和变异,加速生物多样性及其进化速率,被视为生物基因组进化的内在驱动.转座子分2类：反转座子和DNA转座子.类Tc1转座子是DNA转座子超级家族中种类最多、分布最广的一类.本文简要概述了类Tc1转座子的结构特征,及其扩增、转座和迸发的机制,并展望了其应用和研究方向.     

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。     

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。     

毛竹LTR反转录转座子PHRE6的克隆与转录活性分析

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,因两端具有长末端重复序列而得名。大多数LTR反转录转座子能够感受外界环境的变化,具有转录激活特性和转座激活特性。该研究从毛竹(Phyllostachys edulis,Ph.edulis)基因组中克隆出一条完整的LTR反转录转座子,命名为PHRE6(Phyllostachys edulisretrotransposons 6),该转座子全长为5 620 bp,具有GAG和POL保守结构域。通过荧光定量PCR检测了PHRE6在DNA甲基化抑制剂和不同胁迫处理(包括辐照、高温、低温、高盐)的毛竹实生苗中转录水平的变化,结果表明,在DNA甲基化抑制剂处理后和高温(42°C)、低温(16°C、4°C)、高盐(100 mmol/L、200 mmol/L、300 mmol/L NaCl溶液)胁迫处理下PHRE6表达水平均有显著提高。以上结果说明,PHRE6是一个具有转录活性的反转录转座子,可能参与毛竹逆境响应过程。