原生動物核糖體RNA基因拷貝數及多態性的研究

原生動物核糖體RNA基因拷貝數及多態性的研究

《原生動物核糖體RNA基因拷貝數及多態性的研究》是依託中山大學,由龔駿擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:原生動物核糖體RNA基因拷貝數及多態性的研究
  • 項目類別:面上項目
  • 項目負責人:龔駿
  • 依託單位:中山大學
中文摘要,結題摘要,

中文摘要

核糖體RNA基因是原生動物分子鑑定、進化與生態研究中一個極為重要的分子標記。申請人近期的研究首次發現纖毛蟲原生動物基因組中rRNA基因的拷貝數與多態性總體上高於其他真核生物類群、多態性與拷貝數呈正相關,並指出該現象可能影響原生動物分子生態、種類鑑定及系統演化推斷的準確度。本項目擬在此工作基礎上,套用單細胞定量PCR與焦磷酸測序測序,分析不同類群纖毛蟲基因組中rDNA拷貝數與多態性在個體、種群及種間水平的變異,弄清rDNA拷貝數及序列變異的主要來源;明確不同營養及環境(溫度、鹽度、溶氧)條件下rRNA基因表達的比例及基因型;評估rDNA多態性對原生動物物種鑑定、系統進化推斷及分子多樣性研究的影響。研究成果將為原生動物分子分類、生理與生態適應機制、rRNA基因的表觀遺傳學、分子生態研究提供第一手數據,也為rDNA非協同進化類群的系統進化提供重要參考。

結題摘要

核糖體RNA(rRNA)基因被廣泛用於構建生命進化樹、揭示環境中微生物類群及群落結構、評估它們的豐度與活性,是原核及真核微生物(原生生物)分子鑑定、進化與生態研究中一個極為重要的分子標記。rRNA基因在原生生物基因組中通常以串聯、重複的結構存在,具有多個拷貝,也可能具有一定程度的變異。在不清楚rRNA基因的拷貝數及序列多態性在細胞中變異的情況下,基於rRNA基因來推測細胞個體數量及不同類群之間的比例等生態學特徵將可能發生誤判。在此背景下,申請人以常見的纖毛蟲原生生物細胞為研究對象,套用單細胞定量PCR與焦磷酸測序測序,分析不同類群纖毛蟲基因組中rDNA拷貝數與多態性在個體、種群及種間水平的變異。以扇形游仆蟲、具溝急游蟲、腎形蟲等為研究對象的結果表明:指數生長期的單細胞rDNA與rRNA拷貝數隨著培養溫度的升高而降低,但此時細胞體積也變小,回歸分析表明rDNA與rRNA拷貝數與細胞體積符合異速生長模型,呈擬合度很高的冪函式關係;rRNA:rDNA與細胞生長速率無關,但隨細胞體積的增大而增高。對腎形蟲遲滯期、指數期、平台期、包囊期的研究同樣支持了上述rDNA與rRNA拷貝數與細胞體積的冪函式關係,進一步表明此關係基本不依賴於細胞個體所處的生長階段。然而,與其他生長階段不同,包囊期時rRNA拷貝數明顯降低,表明利用此rRNA拷貝數與細胞體積的“二元性”進行估算環境中包囊比例的可能性。此外,對單細胞rDNA與rRNA的高通量序列表明,這些分子在細胞內部具有較高的多態性,序列差異可高達到9%,遠高於克隆文庫的已有結果。研究了不同抗生素濃度或者重金屬濃度條件下,幾種模式纖毛蟲原生動物單細胞拷貝數與序列多態性的變化情況,發現總體上在抗生素與重金屬脅迫條件下,細胞rRNA與rDNA、序列多態性均有增加的趨勢。研究成果為原生生物分子分子生態數據的生態學意義與解釋提供依據與重要參考。

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