葉綠體DNA向核基因組轉移的機制研究

《葉綠體DNA向核基因組轉移的機制研究》是依託南昌大學，由王東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：葉綠體DNA向核基因組轉移的機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王東
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

從細胞器（葉綠體和線粒體）到細胞核的內共生基因轉移是一個非常重要的機制，在高等植物里這種轉移一直在進行。儘管細胞器DNA遷移到細胞核的頻率非常高，但是它們插入細胞核基因組的機制還不清楚。線粒體DNA在菸草里被報導能夠通過DNA雙鏈斷裂修復插入到核基因組。我們的生物信息學分析表明葉綠體DNA也可以在DNA損傷修復時通過非同源末端連線插入到細胞核基因組,但是還沒有直接的實驗證據表明DNA損傷修復可以介導葉綠體DNA插入，因此很有必要設計實驗來檢測這個假設。我們在菸草里構建了一個可以檢測DNA雙鏈斷裂修復引入的葉綠體DNA插入的報告系統，然後結合高通量測序和生物化學的手段研究新插入葉綠體DNA片段甲基化和組蛋白水平的修飾。該項目結果可以幫助我們深入理解細胞核和細胞器基因組的進化。

結題摘要

本項目完成了:(1) 葉綠體DNA向核基因組轉移的機制研究。 發現（a）DNA雙鏈損傷效率增加會提高葉綠體DNA向細胞核轉移的頻率;（b） 葉綠體DNA通過DNA雙鏈損傷修復插入到細胞核基因組；（c）葉綠體DNA插入片段具有遺傳不穩定性，它們在後代會出現序列刪除。(2) 葉綠體DNA插入片段的甲基化分析和small RNA測序。 我們通過重亞硫酸測序PCR，在葉綠體DNA插入片段上檢測到CG、CHG和CHH水平的甲基化。分別提取含有葉綠體DNA插入片段和野生型植株的RNA,進行small RNA測序分析發現了覆蓋插入片段的small RNA，這就暗示small RNA介導了葉綠體DNA插入片段的de novo甲基化。(3)菸草細胞核基因組17kb新插入葉綠體DNA片段的甲基化和相關small RNA分析。 對植物里目前唯一一個已知全長序列的17kb新插入葉綠體DNA片段進行了DNA甲基化測序分析，發現葉綠體來源的DNA片段在CG，CHG和CHH水平都有不同程度的甲基化。與基因間序列相比，啟動子區域包括35S啟動子和葉綠體psbA啟動子的甲基化程度較低。small RNA測序結果表明含有該插入片段的植株在該區域有21-24nt的small RNA，且其分布情況與野生型菸草不同。 (4) 擬南芥細胞核基因組裡不同插入時期葉綠體DNA片段的甲基化水平分析 通過比較基因組學將擬南芥細胞核基因組裡的葉綠體DNA片段插入發生在A. thaliana和A. lyrata兩者分化的前後分為新、舊插入片段。在擬南芥Col背景下，對這些葉綠體DNA片段的甲基化測序數據進行分析發現舊插入片段的甲基化水平明顯比新插入片段高，進一步分析發現舊插入片段在CG，CHG和CHH甲基化水平都顯著地比新插入片段高，表明隨著時間的推移葉綠體插入片段的甲基化水平上升。對這些區域small RNA水平進行分析發現新插入片段的21 nt small RNA水平比老插入片段高，但是22、23和24 nt的small RNA在新舊插入片段上沒有顯著區別。 上述結果將有助於我們深入地理解細胞核和細胞器基因組的進化。