短柄草逆基因筛选及功能分析

Retroposition is an important copy mechanism for generating new genes, named retrogene. Brachypodium is a novel model plant for structural and functional genomic studies of temperate grasses. And the line Bd21 of Brachypodium has been sequenced and annotated in 2010. In this study, all the retrogenes of Brachypodium will be obtained from the whole genome sequences by the newest method of retrogenes forecasting. The distribution, structure and function of these retrogenes will be analyzed. The prokaryotic expression of the retrogenes will be made to get the object retrogenes which can express right. The expression rules and responding model for abiotic stress will be analyzed by Real-time PCR. And the object retrogenes were transferred into Brachypodium to validate the function of abiotic stress. This project will illuminate the distribution, structure, function and the status in the evolution process of Brachypodium retrogenes. This will provide important information for constructing the evolvement relation of plant retrogenes. And as the model of temperate grasses, Brachypodium retrogenes' information will provide vital reference for the retrogene research of temperate grasses.

逆转座是新基因产生的一种重要方式。mRNA被逆转录然后插入到基因组的某个位置。新插入的序列被称为逆基因。短柄草为新型温带禾本科模式植物。短柄草Bd21的全基因组测序已经完成并进行注解。本项目拟采用最新的逆基因预测方法对短柄草进行全基因组逆基因预测，分析所有短柄草逆基因的分布、结构以及功能。针对生物信息学预测的有功能的目标逆基因，进行基因的原核体外表达，确定能正确表达的目标逆基因。利用实时荧光定量PCR技术对逆基因的表达进行研究，揭示逆基因的表达规律及非生物胁迫响应模式。筛选出与逆境有关的逆基因，转化短柄草后，检测其抗逆情况。本项目将阐明短柄草逆基因的分布、结构、功能和逆基因在短柄草漫长演化过程中所处的地位等相关信息，为构建植物中逆基因演化关系图提供短柄草的重要信息，同时作为温带禾本科植物的模式植物，短柄草的逆基因信息势必为研究小麦和其他温带禾本科植物逆基因提供重要参考。

短柄草（Brachypodium distachyon）作为禾本科植物新的模式植物，它的逆基因研究具有重要意义。本项目在短柄草基因组中一共发现了103个逆基因，其中89个（占87）具有功能信号证据。通过对每个逆基因进行基因结构上的手动分析，发现短柄草中存在大规模的逆基因翻新现象（40个，占39%），这不仅包含众多的搭车基因现象也包含大量的逆基因中发生外显子内含子化现象。逆基因在短柄草的5条染色体上分布也是不均匀的，1号最多（41条），而5号最少（8条）。对26条具有EST证据的逆基因，进行组织特异性分析发现在根、叶、茎和穗子中特异表达的分别有7，10，5和10条。7条含有外显子内含子化的内含子的逆基因也得到了实验验证。同时，在其他植物，如木薯、苜蓿、大豆等中进行了大规模的逆基因筛选与鉴定，他们的逆基因序列及相关信息可通过开发的数据库（Plant Retrocopy Database）进行查找下载。另外，拟南芥和番茄TOR基因的功能也进行了相关实验，发现TOR调控拟南芥和番茄幼苗的生长和发育。