大豆转座子特殊转座规律的研究

Recent genomic studies indicate that transposable elements (TEs) are the major components in almost all the eukaryotes. They are amplified in their host genome via strict copy-and-paste or cut-and-paste mechanism. Based on our previous work, we propose that TEs can also be amplified through other approaches, including by DNA duplication and by other TEs amplification. Our preliminary data indicate that at least two or more than two TEs share their flanking sequences in >4000 TEs in soybean. In this study, we will systematically investigate the features of TEs with the same flanking sequences in soybean using both bioinformatic and RNA_seq techniques, in order to uncover the frequency, approaches, and mechanism of TEs with unusual transposition. To understand the molecular mechanism underlying the amplification of these elements, we propose two possible hypothesis, as well as the approaches how to verify them. Understanding of how these elements are amplified in the soybean genome is very important, and the potential results will greatly contribute to the current transposon biology.

近年来基因组学的研究表明，转座子是几乎所有真核生物基因组的主要组成部分。它们在基因组中的扩增主要通过严格的复制-粘贴或剪切-粘贴的方式进行。我们在前期研究的基础上，提出了转座子还可通过其它途径，如被其它转座子携带和DNA片断复制等实现扩增。我们的初步研究结果表明，在>4000个大豆转座子中，均存在2个或2个以上的转座子其侧翼序列基本相同，提示它们可能具有特殊的转座规律。本研究中，我们拟通过生物信息学的研究方法，结合转录组测序等技术手段，系统研究大豆基因组中具有相同侧翼序列的转座子的转座特性和转座规律，试图从全基因组水平上揭示大豆转座子特殊转座的发生频率、主要途径和分子机制。为了详细阐释这类转座子特殊扩增的分子机理，我们提出了两种可能的主要的假说，以及检验这些假说真伪性的标准。研究转座子特殊转座的遗传现象，是对现有转座子转座机制的有益补充，对于正确全面的认识转座子的转座规律具有重要意义。

转座元件是植物基因组的主要组成部分。研究转座子的数量、分布、结构及扩增规律对于理解其在宿主基因和基因组进化中的作用具有重要意义。本研究中，通过生物信息学的研究方法，并联合运用基于从头寻找和同源搜索的方法，（1）从大豆及相关植物基因组中新鉴定出>3万个插入位置明确的转座元件；（2）揭示了大豆转座子具有插入频率较高，结构相对保守，表达不活跃的特点；（3）进一步明确了大豆转座子主要分布在重组率较低，基因较少的异染色质区域；（4）发现了大豆中相同侧翼序列的转座子发生较为普遍，并初步明确了由被其他转座子携带并得到扩增是其现象发生的主要途径之一；（5）系统研究了大豆转座子，特别是Helitron转座子，具有携带多个基因片断，并频繁插入到基因内部或附近的现象，并且部分成员在特定环境下具有潜在的转录活性；（6）利用系统发生树分析明确了大豆属为一个独立的分支，与其近缘种相比相对独立；（7）统计分析表明，不同选择方式的基因具有不同的基因特点，进化速率和表达特征；（8）大豆转座子数据库和特殊转座规律可以为其他植物的基因组学研究提供参考。本研究不仅鉴定了大量的插入位置明确的转座元件，也为后续深入研究基因的功能和研究转座子与宿主的相互关系提供了数据来源和理论依据。