植物基因组中MITEs的鉴定及活跃MITEs在番茄突变体构建中的应用

Miniature inverted-repeat transposable elements (MITEs) are prevalent in eukaryotic species including plants. There have been few studies on MITEs, and only little information on MITEs was experimentally acquired. There is still no report on systemic study of MITEs , and the value of MITEs in plant genomes was neglected. The project will genome-wide de novo identify MITEs in all sequenced plant genomes and analyze MITEs distribution, amplification and their regulation on genes. To provide more information about MITE research, we will build a plant MITE database. According to the MITE sequence information, we will identify active MITEs from all plant genomes. Active MITEs can be integrated into or removed from genome sequences, so they can become a genetic tool for studies on plants. Here, we will identify active MITEs and their transposase, then transform them into tomato. Their transposition in tomato will be investigated and the feasibility of constructing a mutant bank using this system will be evaluated.

微小反向转座子（MITEs）在植物中普遍存在，但对其研究并不多，尤其是用实验方法获得MITEs信息的报道极少。同时，还没有对植物基因组中MITEs的系统研究，其在植物基因组中的作用价值也易被忽略。本项目拟系统鉴定已经测序的植物基因组中MITEs序列，分析MITEs序列特点以及它们在基因组中与基因分布的关系，了解MITEs的扩增方式，MITEs对植物基因表达的影响，建立一个植物MITEs数据库，为植物中MITEs的研究提供必要的信息。拟通过生物信息学方法鉴定活跃MITEs，并通过实验方法验证其转座功能。活跃的MITEs意味着它可以跳动并整合到基因组其他位置，因而可以成为遗传工具的一种。将验证的活跃MITE转化番茄，评估使用活跃MITEs系统构建突变体库的可行性，为突变体库创建提供新的手段。

微型反向重复转座子(MITEs)是一种在真核生物中普遍存在的重复序列，在植物基因组中也同样占据了一定的比例。从第一个MITE发现到目前已有24年的研究历程，但是在植物基因组中系统准确的鉴定MITE还未见报道。本项目针对目前缺乏系统性植物MITE的研究进行开展，通过本项目的研究获得了一部分进化基因组学的结果，包括一些MITE家族的起源、转座及在基因组中的分布情况。本项目利用MITE-hunter、RSPB和MITE-Digger等程序在全基因组41个基因组中全基因组鉴定了MITE序列，包括只有很少的MITE数量存在的7个低等植物。MITE的数量从538到233,901不等，在植物基因组中所占的比例变化非常大，从0.006%到9.984%不等。上述鉴定出来的MITE数据存放于P-MITE数据库中，供全世界范围内数据共享。利用生物信息学的方法，在4个不同的植物基因组中共鉴定出12组相同拷贝数大于20个的MITE组，这表明这些组很有可能至今仍然是活跃的。其中鉴定出玉米中转座子DTT_ZM00007是一个Mar1转座酶，很可能是负责ZemT2家族中成员的转座。分析了部分植物MITE家族，发现不同物种之间相同的超家族中MITE家族数目变化很大，而这些MITE家族往往只存在一个物种，而不存在另一个相近的物种，这也说明MITE家族在不同植物在进化过程中会发生频繁的获得或者丢失。不同植物中由MITE产生的小RNA比例在0.01% 到16.38%，产生小RNA的多少相当程度上跟MITE在基因组中的拷贝数相关。由MITE产生的小RNA主要来源于该MITE序列高GC含量的位置。总之，MITE的数量在不同植物基因组中变化很大，但是至今只有少数MITE仍然是活跃的，MITE的序列则是其转座能力的关键。MTIE家族在植物基因组中频繁的获得和丢失可能在植物基因组进化和基因组结构中起了重要作用。. 通过本项目的研究以及P-MITE数据库的建立，为加快植物MITE的研究提供了基础。活跃MITE的鉴定及对应转座酶的获得，为提供更多的遗传工具提供了可能。.