《近緣物種間和物種內內含子數目變異的進化機制》是依託北京師範大學，由牛登科擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：近緣物種間和物種內內含子數目變異的進化機制
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：牛登科
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
內含子是真核生物細胞核基因的基本特徵，普遍存在於各種真核生物基因組中。但內含子是否有用、內含子起源與進化的機制等很多基本問題尚不清楚。近緣物種間和物種內個體間的內含子變異，由於發生時間比較晚，進化歷史痕跡保留相對多，便於深入細緻研究內含子進化的機制。最近基因組測序技術的迅猛發展和大量基因組序列數據的公布，為內含子進化研究提供了前所未有的機遇。本項目計畫從真核生物幾大類群（植物、動物、真菌、原生生物）中分別選擇兩到三組近緣物種或種內多個體基因組，通過分析內含子丟失與獲得、內含子化和去內含子化等內含子數目變異事件及其保留下來的蛛絲馬跡，檢驗內含子進化的各種假說，探討內含子的存在對生物體有用、有害還是中性的。通過跨越大類群的比較分析，尋找適用於所有真核生物內含子進化的普遍規律，探討內含子進化與寄生共生、自養異養等生物學特徵和古多倍化等歷史進化事件的關聯。
結題摘要
內含子是真核生物細胞核基因的基本特徵，普遍存在於各種真核生物。但內含子是否有用、內含子起源與進化的機制等很多基本問題尚不清楚。近緣物種間和物種內個體間的內含子變異，由於發生時間比較近，進化歷史痕跡保留相對多，便於深入細緻研究內含子進化的機制。在國家自然科學基金資助下，我們選取了擬南芥-琴葉擬南芥、大鼠-小鼠、西紅柿-土豆、裂殖酵母（schizosaccharomyces pombe）及其同屬近緣種等物種對（群），較為深入地調查了這些物種間發生的內含子變異。利用這些近期發生的內含子變異，我們對內含子丟失機制、內含子丟失的選擇壓力進行了較為深入的研究。在大鼠和小鼠中，我們發現大量形成加工過的假基因的基因更容易丟失內含子，鑒於假基因形成的反轉錄過程已經被證實，此結果為內含子丟失的反轉錄假說提供了強有力的證據。擬南芥和琴葉擬南芥研究發現，丟失內含子的基因具有更高的同義位點替換率，丟失的內含子的突變率也顯著高於現存內含子。在全基因組水平上，兩個物種突變率的差異也與它們內含子丟失速率相一致。這一結果表明減少突變風險可能是內含子丟失的選擇壓力，並且可能也是擬南芥進化過程中基因組縮小的選擇壓力。此結果不僅發現了內含子進化的可能的選擇壓力，也為基因組大小進化的突變風險假說提供了新的證據。論文發表後，等到了國際同行的關注和認可，被F1000專家Victor Norris和John Herrick推薦為“very good”論文。另外，我們還從理論上對內含子存在的意義進行了探討，提出內含子可以在避免轉錄相關DNA損傷的情況下，提高基因的表達量。限於項目執行期間國際上相關基因組數據的可使用程度，我們已經完成的工作主要是研究近緣物種間的內含子變異。隨著相應數據的不斷增長、公布，我們也開始了物種內個體間內含子變異的研究，並已經獲得了初步的研究結果。本項目資助下共完成學術論文7篇，其中6篇已經發表在SCI收錄的國際學術刊物上，另有一篇也已投往進化生物學方面的國際期刊。另外，在本項目的資助下，本課題組培養了多名優秀的碩士、博士研究生。
