全基因组水平上研究捕食关系对转座子水平转移的影响

Transposable elements (TEs) represent major components of eukaryotic genomes, and they play an important role in the evolution of eukaryotic genomes, the formation of new genes and the regulation of gene expression. The horizontal transfer of TEs (HTTs) provide the gateway for TE invasions. Therefore, HTTs can be seen as the trigger in a series of events that actively shapes genomic architecture and can give rise to biological innovation. Although HTTs between eukaryotic species is a common and widespread phenomenon, the mechanisms for most documented HTTs remain unknown. Based on our previous observations, the applicant proposed the hypothesis that predator-prey interactions are beneficial to the HTTs. In order to further verify this hypothesis, identification, the direction and date of HTTs in predator-prey interactions will be investigated in this project through comparative genomics and systems biology from the whole genome using small mammals and insects with predation relationship as subject investigated, systematically studyig the effects of predator-prey interactions on HTTs. Our results will enrich the understanding of the origin and evolution of TEs and can provide us new perspectives for understanding the mechanisms of HTTs, which has important theoretical significances.

转座子是真核生物基因组的主要组成成分，对真核生物基因组进化、新基因形成和基因表达调控等具有重要作用。水平转移为转座子的入侵敞开了大门，所以转座子水平转移被看作是基因组结构重塑和生物革新的触发器。虽然真核生物之间转座子的水平转移是一种普遍现象，但绝大多数已报道的转座子水平转移现象发生的机制仍然未知。申请人在前期研究过程中提出了捕食关系有利于转座子水平转移的假说。为了进一步验证这一假说，本项目拟以具有捕食关系的小型哺乳动物和昆虫为研究对象，从全基因组层面，运用比较基因组学和系统生物学方法鉴定捕食者与猎物间转座子水平转移事件，并评估水平转移的方向及时间，系统研究捕食关系对转座子水平转移的影响。研究结果将丰富对转座子的起源和进化的认识，为理解转座子水平转移机制提供一个新的视角，具有重要的基础理论意义。

转座子是真核生物基因组的主要组成成分，对真核生物基因组进化、新基因形成和基因表达调控等具有重要作用。水平转移为转座子的入侵敞开了大门，所以转座子水平转移被看作是基因组结构重塑和生物革新的触发器。虽然真核生物之间转座子的水平转移是一种普遍现象，但绝大多数已报道的转座子水平转移现象发生的机制仍然未知。本项目证实了捕食关系可能在转座子水平转移中起非常重要的作用。我们的研究揭示了脊椎动物的进化史被大量的水平转移事件打断，其中大部分涉及到辐鳍鱼类中的Tc1/Mariner超家族成员。鳞翅目和辐鳍鱼类作为转座子水平转移的热区，使宿主谱系成为驱动动物转座子水平转移的重要因素，并提出了为什么某些类群比其他类群更容易发生转座子水平转移的问题。我们对脊椎动物分子进化的大规模分析也扩展了先前的结果，即DNA转座子蛋白在特定宿主谱系内转座子时不受选择性限制，从而解释了为什么与反转录转座子相比，DNA转座子在一段时间内的持续性更多地依赖于水平转移。最值得注意的是，我们的结果提供了证据，证明逆转录转座子在脊椎动物中通常在纯化选择下进化，不仅在生物体之间的水平转移过程中，而且在宿主谱系内。这种模式假定顺式偏好是一个关键的选择性过滤器，允许反转录转座子在严格的垂直传递下长时间存在。总的来说，这些结果有助于描述转座子作为宿主谱系和多样化的自然选择下复制，移动的基因组共生体，就像共生生物做的，同时深刻地塑造了他们宿主的基因组。最后，我们意外地在捕食者和猎物之间发现了257例水平转移事件。