毛竹活性MITE的分离及与宿主基因表达调控网络互作机制解析

Tourist-like miniature inverted repeat transposable elements (Tourist-like MITE) and Stowaway-like MITEs are very wide-spread in Phyllostachys pubescens and are possibly common involved into the regulation of host gene expression. The project plans to, 1) large-scale characterize the Tourist-like MITEs and Stowaway-like MITEs in P. pubescens, investigate the distribution characteristics of both of the MITEs in P. pubescens genome, and reveal the participation mechanism of MITEs into the regulatory network of host gene expression; 2) investigate the dynamic change of the copy number and insertion sites of MITEs during the growth and development，morphological variation of P. pubescens, analyze the influence of MITEs on host gene expression pattern, reveal the regulation mechanism of MITEs on the growth and development，morphological variation of P. pubescens; 3) isolate the active MITEs, and analyze the impact of the regulatory sequences contained in MITEs and small RNA encoded by MITEs on the expression of the downstream genes and target genes; 4)determine ative MITEs that could significantly regulate gene expression pattern, transform the active MITEs into Arabidopsis and Oryza sativa, induce the active MITEs frequent transposition and proliferation in Arabidopsis and O. sativa genome during the growth and development of Arabidopsis and O. sativa and among their tissues and organs，analyze the remodeling effect of MITEs on the regulatory network of host gene expression, and reveal the MITEs interactional mechanism with the regulation network of host gene expression.

Tourist-like MITE和Stowaway-like MITE在毛竹基因组分布广泛，本课题组已有的实验证据表明这两类MITE可能广泛参与了宿主基因表达调控，因此本课题计划在原有的工作基础上，1)大规模克隆毛竹MITE，调查MITE在基因组分布特性，分析MITE在毛竹基因表达调控网络形成过程中的参与机制；2)分析MITE在毛竹生长发育和形态变异过程拷贝数和插入位点的变化，调查MITE附近基因的表达谱变化，阐明MITE对毛竹生长发育和形态变异的调控作用；3）分离活性MITE，调查MITE所携带的调控元件和编译的小RNA对下游基因和靶基因表达模式的影响；4)选取能显著影响基因表达模式的活性MITE，转化拟南芥和水稻，在拟南芥和水稻不同发育阶段和组织器官中，诱导MITE在基因组频繁转座和大量增殖，调查外源MITE对宿主基因表达网络的重塑作用，阐明MITE与宿主基因表达调控网络互作机制。

微型颠倒重复序列（miniature inverted repeat transposable elements, MITEs）是一类特殊的转座子，长度一般较短 (100-800 bp)，两侧有几十碱基的末端重复序列（Terminal Inverted Repeats, TIRs），和几个碱基的靶向插入序列（Target-site duplications, TSDs）。具有拷贝数高、在植物基因组中广泛存在、时常与基因相伴等特点，被认为在宿主基因表达过程中起着重要调控作用的一类转座子。本课题组以毛竹为研究对象，系统调查了MITEs在宿主基因组的分布、进化，以及对附近基因表达的影响。1) 借助生物信息学的技术和手段，在毛竹基因组鉴定到362个MITE转座子家族，共489,592 MITE 相关序列，占毛竹基因组4.74 %。插入位点分析表明毛竹MITEs倾向分布在基因上游启动子区，同源比对表明有1/3的small RNAs来源于MITEs，有高达30%的转录因子绑定位点是来源于MITEs。因此，MITEs是毛竹基因表达调控网络重要组成部分； 2)分析 MITEs 在毛竹实生苗生长发育过程，辐射和甲基化抑制剂处理前后插入位点的变化，发现调查MITEs离开后附近的基因表达水平较MITEs存在时明显提高了（2-3倍），可能的原因是MITEs所携带的调控元件抑制了附近基因的表达，或者MITEs的插入破坏了附近基因原来的调控元件，MITEs在毛竹长期进化过程中可能参与了毛竹基因组多态性和品种多样性的形成；3）共分离和鉴定了3个活性 MITEs，通过瞬时表达解析了3个活性 MITEs对靶基因gfp和gus表达的抑制机制，说明MITEs所携带的调控元件可能抑制了靶基因的表达；4）将mariner-like elements（MLEs）转座酶和两条Stowaway-like MITEs共转化拟南芥和酵母中，在拟南芥和酵母基因组中两条Stowaway-like MITEs均发生转座，并倾向插入宿主基因附近，说明 外源的MITEs通过宿主基因表达调控网络互作，参与了宿主基因表达的调控；5）课题实施和完成过程共发表相关论文13篇，其中SCI论文5篇，会议论文2篇，授权专利2项，培养毕业硕士研究生6名，在读硕士研究生1名。