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《上海交通大学》 2010年
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植物基因相关SSR序列调控及位点多态性研究

张利达  
【摘要】: 简单重复序列(Simple Sequence Repeat, SSR)作为一类短串联重复序列广泛分布于植物基因组。传统观点认为SSR序列倾向存在于植物基因组重复区域,但随着大量植物基因组及其表达序列的测定,发现SSR的分布情况比原先认识的要复杂得多,SSR序列在植物基因组中并非集中于基因组重复区域,而是更倾向分布在基因组单拷贝或低拷贝区域,尤其在基因上游调控区大量出现。出于对SSR序列属于基因组的“垃圾”DNA,并不具备重要生物学功能的片面认识,长时间以来SSR序列的生物学功能未引起重视,但SSR序列在植物基因调控区超乎寻常的积累应该具备环境适应优势。开展植物基因组调控区大量SSR序列的功能研究,对于突破SSR序列只作为一种优良分子标记的认识局限,加深理解SSR序列在植物基因组中的生物学功能具有重要意义。 分布于拟南芥基因组调控区的SSR序列主要由GA/CT和GAA/CTT重复类型组成,约占调控区SSR位点总数的60%。一些SSR位点作为重要的功能元件涉及基因调控,这些功能位点在进化过程中应该具有不同程度的序列保守性。本研究采用系统发生足迹技术对拟南芥基因组内同源基因调控区、拟南芥基因组与甘蓝基因组的同源基因调控区CT/GA和CTT/GAA重复类型的SSR序列进行保守性分析,试图发掘具有调控功能的非编码保守SSR序列或非编码保守微卫星序列(Conserved Noncoding Microsatellite Sequence, CNMS)。结果发现在拟南芥和甘蓝基因组分化过程中247个SSR位点呈现位点保守性,包括182个CT/GA和65个CTT/GAA重复序列位点。同样,分析拟南芥旁系同源基因,发现位于基因调控区的122个CNMS位点,包括78个CT/GA和44个CTT/GAA重复序列位点。总计491个CT/GA和CTT/GAA重复序列位于拟南芥基因组调控区存在保守性,占整个拟南芥基因组上游调控区500 bp区域同类型SSR序列的10.6%。比较分析3组不同类型随机数据,排除了CNMS位点出现在同源基因调控区的偶然性,进一步确认位于拟南芥同源基因调控区的部分SSR序列起源于同一祖先位点,在进化过程中具有很高的序列保守性。 为深入了解拟南芥CNMS的进化起源,本研究通过计算相关同源基因的同义替换率估算CNMS位点的进化关系。结果表明拟南芥-甘蓝直系CNMS位点在15百万年(Million years, Myr)前起源于同一祖先位点;大部分拟南芥旁系CNMS位点起源于28 Myr前拟南芥基因组大规模的重复事件,而少部分旁系CNMS位点则起源于42 Myr前十字花科的共同祖先序列。基于计算结果推测:一些古老的拟南芥旁系同源CNMS位点在甘蓝基因组中应该存在相应直系同源位点。进一步比较拟南芥-甘蓝和拟南芥-拟南芥调控区保守SSR序列,发现18个拟南芥旁系同源CNMS在甘蓝基因组中至少存在一个保守等位位点。这些同时出现在拟南芥-甘蓝直系同源和拟南芥-旁系同源基因调控区的Ultra-CNMS位点在其它进化关系较远的植物基因组中同样存在序列保守性。 根据Gene Ontology的功能注释,206个拟南芥-甘蓝CNMS相关基因以及194个拟南芥-拟南芥CNMS相关基因具有较为明确的功能。功能分析表明CNMS相关基因的功能与转录因子活性和转录调控显著相关。生物信息学预测显示CT/GA和CTT/GAA保守重复序列分别与响应光信号和水杨酸信号的已知功能顺式作用元件相似。本研究通过分析拟南芥CNMS (CTT)n/(GAA)n相关基因在水杨酸处理后的表达模式来验证计算机预测结果。根据拟南芥MPSS表达数据显示约70%-80%的拟南芥CNMS (CTT)n/(GAA)n相关基因在叶片中的表达丰度明显受水杨酸调控。采用半定量RT-PCR分析其中7个CNMS (CTT)n/(GAA)n相关基因的表达谱,目标基因在水杨酸处理后的表达模式与拟南芥MPSS数据所反映的基因表达谱基本一致。 为进一步研究CTT/GAA类型SSR序列与水杨酸诱导之间的联系,采用缺失方法对包含CTT重复位点且受水杨酸诱导的拟南芥AtHip1基因启动子进行水杨酸调控元件分析。4个不同缺失体与gus基因融合构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥。转基因植株经报告基因gus蛋白活性测定及定量PCR分析,发现AtHip1启动子-399至-184的216 bp区域是启动子转录调控的核心区域,该区域缺失导致启动子水杨酸诱导功能丧失。生物信息学分析发现AtHip1启动子-399至-184的216 bp的序列除潜在响应水杨酸信号的CTT重复元件外,并未发现其它参与水杨酸信号应答的功能元件,说明存在于调控区域内的CTT重复序列为水杨酸信号应答的顺式作用元件。 来源于表达序列标签(Expressed Sequence Tag, EST)的SSR标记,不仅具备传统基因组来源的SSR标记所有优势,还反映出基因转录区的差异,其多态性可能与所在基因的功能直接相关,具有很高的实际应用价值。随着EST测序的快速发展,尤其是同一基因来自不同亚种或品种的EST序列的大量重复测定,使同一物种中许多基因的EST序列存在大量的冗余信息,其中一些冗余序列包含SSR位点长度多态性信息。本研究以此为基础发展了EST-SSR多态性位点大规模发掘的计算机方法。利用该方法对公共序列数据库中玉米、大豆、水稻、小麦、油菜、大麦、棉花、西红柿、马铃薯及高梁10个主要作物的EST序列进行分析,共检测到15,640个等位位点存在长度多态性的SSR位点。10种作物中,EST-SSR多态性位点占被检测SSR位点的比率介于0.7%至2.61%,其中玉米EST-SSR多态性比率最高,西红柿EST-SSR位点多态性最低。这些EST-SSR多态性位点主要集中于二、三核苷酸重复类型,约占所有发掘位点的84%。分析发掘的EST-SSR等位位点长度变异,发现EST-SSR因突变而导致重复单元增加的等位位点明显多于重复单元减少的等位位点,表明EST-SSR突变倾向于增加位点长度。 EST-SSR多态性位点来源于基因转录区,物种间存在很高通用性。对所发掘的15,640个具有长度多态性的EST-SSR进行通用性分析,EST-SSR多态性位点的通用性比率在14.1%至45.9%之间,高粱(45.9%)、小麦(39.1%)和大麦(38.2%)的EST-SSR多态性位点在相关作物间的通用性最高,油菜(14.1%)EST-SSR多态性位点在相关作物间的通用性较低。作物EST-SSR标记通用性表明:对于缺乏标记资源的作物,可利用其它作物已有的EST-SSR标记来开发相应的标记,不失为一种有效的替代方法。 根据Gene ontology的植物代表性GO slims,对14,084个具有EST-SSR多态性位点的基因进行功能分类,8,952基因序列涉及108,601个GO功能注释。对包含SSR多态性位点的相关植物基因按GO生物学过程(biological process)分类,主要涉及蛋白质代谢、转运、转录、逆境应激、发育、信号转导等过程;分子功能(molecularfunction)主要包括蛋白结合、DNA或RNA结合(包括转录调控活性、转录因子活性)、水解酶活性、转移酶活性等。 为方便查询相关EST-SSR多态性位点信息,以MySQL数据库管理系统构建了EST-SSR多态性位点数据库。EST-SSR多态性位点数据库包括重复单元、等位位点长度、品种来源、相关基因功能以及相关候选扩增引物等信息。用户通过网络游览器查看有关信息以及EST序列簇的详细拼接结果。用户还可以通过BLAST程序与包含SSR多态性位点的EST序列进行同源比较分析。网站同时提供相关数据下载服务。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q943.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 蒋杰;佘玮;邢虎成;揭雨成;;苎麻SSR反应体系的优化[J];安徽农业科学;2012年17期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 赵传志;李爱芹;李长生;刘波;夏晗;王兴军;贾文斌;;山羊EST资源的SSR分析[J];山东农业科学;2009年06期
3 陈新;张士刚;魏海蓉;宗晓娟;王甲威;刘庆忠;;陕西核桃实生居群遗传多样性ISSR分析[J];山东农业科学;2012年05期
4 张延明;曲敏;闫玉清;徐香玲;李集临;;EST-SSRs在小麦研究中的应用[J];安徽农学通报;2006年13期
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9 赵永亮;傅体华;范巧佳;任正隆;;野生天麻·栽培天麻的RAPD和AFLP标记遗传多态性分析[J];安徽农业科学;2008年17期
10 王黎明;陈传印;游红涛;王洪刚;;小麦微卫星标记及其在小麦遗传研究中的应用[J];安徽农业科学;2008年20期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 潘磊;郑鹏;徐杰;全志武;李双梅;刘宏高;柯卫东;丁毅;;磁珠富集法制备莲藕基因组的微卫星分子标记[A];第二届全国水生蔬菜学术及产业化研讨会论文集[C];2007年
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9 周仲华;王峰;陈金湘;;棉花基因组学研究进展[A];中国棉花学会2011年年会论文汇编[C];2011年
10 李法君;傅洪拓;乔慧;李明爽;;长江流域日本沼虾遗传多样性分析[A];中国工程院第77场工程科技论坛·2008水产科技论坛——渔业现代化与可持续发展论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 白洁;太平洋牡蛎分子标记的开发与应用研究[D];中国海洋大学;2010年
3 苗贵东;半滑舌鳎微卫星标记开发、应用及遗传连锁图谱的构建[D];中国海洋大学;2010年
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9 刘怀华;玉米异交不亲和基因Ga1-S的遗传定位及其过程的转录组和蛋白质组分析[D];山东农业大学;2011年
10 崔法;高密度小麦遗传连锁图谱构建及产量相关性状QTL定位[D];山东农业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石伟平;二倍体马铃薯遗传群体构建和抗低温糖化分析[D];华中农业大学;2010年
2 杨盖宇;近等基因系群体的Ghd7和Qph1上位性分析[D];华中农业大学;2010年
3 张庆路;利用重组自交系群体定位一般配合力相关性状QTL[D];华中农业大学;2010年
4 姚秋林;水稻根特异表达启动子的克隆及功能分析[D];华中农业大学;2010年
5 李良良;应用分子标记技术选育高肌内脂肪含量大白猪新品系[D];华中农业大学;2010年
6 朱乐;[D];华中农业大学;2010年
7 韩芳;甘蓝型油菜A3染色体遗传连锁图谱的构建[D];华中农业大学;2010年
8 杜连莹;实践八号搭载8个苜蓿品种生物学效应研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 罗素娟;家蚕细胞周期依赖性蛋白激酶家族(CDK)的研究[D];浙江理工大学;2010年
10 王彦玲;我国玉米核心种质磷胁迫蛋白质表达差异和基因组SSR分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 董艳玲,胡小平,杨家荣,苟建军;苹果黑星病菌SSR反应体系的优化[J];西北植物学报;2005年06期
2 石海波;王立新;李宏博;张风廷;马庆;赵昌平;;利用SSR标记区别小麦品种种子混杂和SSR位点不纯的研究[J];分子植物育种;2006年04期
3 雷天刚;何永睿;吴鑫;刘小丰;许兰珍;彭爱红;陈善春;;利用SSR标记鉴定柚和杂柑品种[J];分子植物育种;2007年05期
4 苏辉;李志刚;宋书宏;;正交设计优化大豆SSR-PCR反应体系及引物筛选[J];华北农学报;2009年02期
5 白锦荣;潘会堂;张启翔;;月季SSR-PCR反应体系的建立和优化[J];华北农学报;2009年03期
6 任军方;唐龙祥;;槟榔基因组DNA提取及ISSR反应体系的优化[J];湖南农业科学;2010年09期
7 ;SSR Cluster and Fertility Loci Analysis of GC13[J];Agricultural Science & Technology;2011年06期
8 高志红,章镇,韩振海,沈志军;果梅SSR反应体系的优化[J];南京农业大学学报;2002年04期
9 余晓斌,卞玉荣,全文海;Acetobacter xylinum生产纤维素的最适培养基成分[J];生物技术;1999年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 刘建秀,郭爱桂,郭海林;中华结缕草种质资源形态变异及其形态类型[J];草地学报;2003年03期
2 郭海林;刘建秀;高鹤;何秋;胡化广;;结缕草属优良品系SSR指纹图谱的构建[J];草业学报;2007年02期
3 贾继增,张正斌,K. Devos,M. D. Gale;小麦21条染色体RFLP作图位点遗传多样性分析[J];中国科学(C辑:生命科学);2001年01期
4 孙其信,倪中福,刘志勇,陈希勇,高建伟;普通小麦与斯卑尔脱小麦种间杂种优势的初步研究[J];中国农业大学学报;1998年01期
5 倪中福,孙其信,张义荣,刘广田;密穗小麦高分子量谷蛋白亚基组成分析密穗小麦高分子量谷蛋白亚基组成分析[J];中国农业大学学报;2001年03期
6 窦秉德,孙其信,倪中福,吴利民,孟凡荣,刘保申;小麦种间杂种优势研究: Ⅰ.普通小麦与斯卑尔脱小麦及密穗小麦种间杂种产量和品质优势[J];中国农业大学学报;2002年01期
7 倪中福,孙其信,张义荣,刘广田;斯卑尔脱小麦高分子量谷蛋白亚基组成分析[J];农业生物技术学报;2002年02期
【相似文献】
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1 海林,王克晶,杨凯;半野生大豆种质资源SSR位点遗传多样性分析[J];西北植物学报;2002年04期
2 郑轶琦,李作洲,黄宏文;猕猴桃品种SSR分析的初步研究[J];武汉植物学研究;2003年05期
3 孙玉刚;张延明;;小麦SSR标记的应用[J];牡丹江师范学院学报(自然科学版);2007年02期
4 安泽伟;赵彦宏;程汉;李维国;黄华孙;;橡胶树EST-SSR标记的开发与应用[J];遗传;2009年03期
5 周涵韬,郑文竹,周以侹,夏涛;不同作物间共用SSR引物的初步研究[J];厦门大学学报(自然科学版);2002年01期
6 栗琪,李作洲,黄宏文;猕猴桃野生居群的SSR分析初报[J];武汉植物学研究;2004年02期
7 王艳红,王辉,高立志;普通野生稻Oryza rufipogon Griff.的SSR遗传多样性研究[J];西北植物学报;2003年10期
8 吴娟;方慧玲;蔡兵;;聚丙烯酰胺凝胶电泳检测水稻SSR标记[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年03期
9 左开井,孙济中,张献龙,聂以春,刘金兰,冯纯大;利用RFLP、SSR和RAPD标记构建陆地棉分子标记连锁图(英文)[J];华中农业大学学报;2000年03期
10 张立荣,徐大庆,刘大群;SSR和ISSR分子标记及其在植物遗传育种研究中的应用[J];河北农业大学学报;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐晓薇;江南;杨俊波;杨燕萍;王丽芳;;寒兰株系间的遗传多样性和亲缘关系的SSR分子标记分析[A];中国观赏园艺研究进展2011[C];2011年
2 张鹏;刘向东;李金泉;李晓玲;卢永根;;利用SSR标记对水稻核心收集群体结构和遗传多样性的研究[A];2010中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2010年
3 董丽娟;王旭;段继华;张曙光;;84个茶树品种遗传多样性及亲缘关系的SSR分析[A];第六届海峡两岸茶业学术研讨会论文集(摘要)[C];2010年
4 金伟栋;;基于SSR标记的太湖流域粳稻地方品种遗传多样性研究[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年
5 陈明丽;王兰芬;薛仁风;徐新新;王述民;;基于普通菜豆基因组测序开发SSR标记[A];中国作物学会50周年庆祝会暨2011年学术年会论文集[C];2011年
6 白静;聂以春;林忠旭;郭小平;张献龙;;杂交棉品种SSR核心引物的筛选与真实性和纯度鉴定[A];中国棉花学会2011年年会论文汇编[C];2011年
7 艾烨;刘太国;高利;陈万权;;SSR分子标记及其在植物病原真菌研究中的应用[A];中国植物病理学会2010年学术年会论文集[C];2010年
8 张月华;李刚;赵云坡;徐安英;沈兴家;孙平江;钱荷英;苗雪霞;黄勇平;郭锡杰;;利用SSR标记对家蚕多星纹基因(ms)进行定位分析[A];江苏省遗传学会第八届会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2010年
9 周忠丽;孙君灵;贾银华;潘兆娥;何守朴;庞保印;杜雄明;;基于SSR标记的亚洲棉遗传多样性分析[A];中国棉花学会2011年年会论文汇编[C];2011年
10 钱荷英;张月华;王小强;徐安英;孙平江;黄勇平;郭锡杰;;家蚕基因(q)的SSR标记定位分析[A];中国蚕学会第八届暨国家蚕桑产业技术体系家(柞)蚕遗传育种及良种繁育学术研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 电脑商报记者 刘一冰;浪潮SSR“两条腿走路”[N];电脑商报;2009年
2 本报记者 刘丽丽;浪潮SSR是主机的安全后盾[N];计算机世界;2009年
3 记者 刘作明;“SSR—DS”敢为天下先[N];鞍山日报 ;2009年
4 本报记者 刘丽丽;浪潮SSR 为信息安全添动力[N];计算机世界;2010年
5 LaLa;数字图书阅读也精彩[N];中国电脑教育报;2002年
6 ;一网打尽[N];网络世界;2002年
7 ;凯创建功金山电信[N];网络世界;2001年
8 本报记者 李鹏;李传友:当植物面临逆境[N];北京科技报;2010年
9 陈开印 平萍;我国制成18位点基因身份证[N];新华每日电讯;2002年
10 周和毅;国家植物基因研究中心在武汉建立[N];中国特产报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张利达;植物基因相关SSR序列调控及位点多态性研究[D];上海交通大学;2010年
2 Manosh Kumar Biswas;[D];华中农业大学;2010年
3 何珂;红腹锦鸡SSR和Ⅱ类MHC位点的分离及种群遗传结构分析[D];浙江大学;2012年
4 刘贯水;毛竹SSR位点引物开发及部分竹种系统学分析[D];中国林业科学研究院;2010年
5 马鸿艳;甜瓜白粉病抗性遗传分析及相关基因SSR标记[D];东北林业大学;2011年
6 李晓宇;利用SSR分子标记选育低氰含量高丹草新品系的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
7 何桥;基于SSR标记的枇杷遗传多样性分析与品种鉴别[D];西南大学;2010年
8 李浦;色素万寿菊(Tagetes erecta L.)雄性不育和色素遗传规律分析及SSR标记的筛选[D];沈阳农业大学;2012年
9 徐鑫;小麦骨干亲本碧蚂4号及其衍生品种的条锈病抗性、蛋白质组成及SSR分析[D];中国农业科学院;2009年
10 张艳芳;利用形态学和SSR标记建立柿核心种质[D];华中农业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘宇杰;马铃薯遗传多样性的SSR分析[D];内蒙古农业大学;2010年
2 赵新燕;野生花生含油量与SSR标记的关联分析[D];中国农业科学院;2011年
3 王睿;三个簇毛麦易位系抗小麦条锈病的遗传分析及SSR分子标记[D];西北农林科技大学;2010年
4 阳志刚;SSR标记在亲本和孤雌生殖后代鉴定中的应用[D];中南大学;2010年
5 马栋;利用SSR分子标记定位水稻短光敏雄性不育基因[D];华中农业大学;2010年
6 王冬梅;甘蓝类作物亲缘关系的SSR分析[D];中国农业科学院;2011年
7 董冬;小麦SSR标记辅助遗传背景选择技术研究[D];中国农业科学院;2011年
8 仲艳;枇杷(Eriobotrya Lindl)核基因组DNA提取方法的改良及其SSR初步分析[D];苏州大学;2010年
9 倪正斌;糯玉米自交系遗传多样性及产量、农艺性状与SSR分子标记的关联研究[D];扬州大学;2010年
10 王乾钦;不同大豆品种叶片含氮代谢物的变化及SSR标记分析[D];吉林农业大学;2011年
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