近缘物种间和物种内内含子数目变异的进化机制

内含子是真核生物细胞核基因的基本特征，普遍存在于各种真核生物基因组中。但内含子是否有用、内含子起源与进化的机制等很多基本问题尚不清楚。近缘物种间和物种内个体间的内含子变异，由于发生时间比较晚，进化历史痕迹保留相对多，便于深入细致研究内含子进化的机制。最近基因组测序技术的迅猛发展和大量基因组序列数据的公布，为内含子进化研究提供了前所未有的机遇。本项目计划从真核生物几大类群（植物、动物、真菌、原生生物）中分别选择两到三组近缘物种或种内多个体基因组，通过分析内含子丢失与获得、内含子化和去内含子化等内含子数目变异事件及其保留下来的蛛丝马迹，检验内含子进化的各种假说，探讨内含子的存在对生物体有用、有害还是中性的。通过跨越大类群的比较分析，寻找适用于所有真核生物内含子进化的普遍规律，探讨内含子进化与寄生共生、自养异养等生物学特征和古多倍化等历史进化事件的关联。

内含子是真核生物细胞核基因的基本特征，普遍存在于各种真核生物。但内含子是否有用、内含子起源与进化的机制等很多基本问题尚不清楚。近缘物种间和物种内个体间的内含子变异，由于发生时间比较近，进化历史痕迹保留相对多，便于深入细致研究内含子进化的机制。在国家自然科学基金资助下，我们选取了拟南芥-琴叶拟南芥、大鼠-小鼠、西红柿-土豆、裂殖酵母（schizosaccharomyces pombe）及其同属近缘种等物种对（群），较为深入地调查了这些物种间发生的内含子变异。利用这些近期发生的内含子变异，我们对内含子丢失机制、内含子丢失的选择压力进行了较为深入的研究。在大鼠和小鼠中，我们发现大量形成加工过的假基因的基因更容易丢失内含子，鉴于假基因形成的反转录过程已经被证实，此结果为内含子丢失的反转录假说提供了强有力的证据。拟南芥和琴叶拟南芥研究发现，丢失内含子的基因具有更高的同义位点替换率，丢失的内含子的突变率也显著高于现存内含子。在全基因组水平上，两个物种突变率的差异也与它们内含子丢失速率相一致。这一结果表明减少突变风险可能是内含子丢失的选择压力，并且可能也是拟南芥进化过程中基因组缩小的选择压力。此结果不仅发现了内含子进化的可能的选择压力，也为基因组大小进化的突变风险假说提供了新的证据。论文发表后，等到了国际同行的关注和认可，被F1000专家Victor Norris和John Herrick推荐为“very good”论文。另外，我们还从理论上对内含子存在的意义进行了探讨，提出内含子可以在避免转录相关DNA损伤的情况下，提高基因的表达量。限于项目执行期间国际上相关基因组数据的可使用程度，我们已经完成的工作主要是研究近缘物种间的内含子变异。随着相应数据的不断增长、公布，我们也开始了物种内个体间内含子变异的研究，并已经获得了初步的研究结果。本项目资助下共完成学术论文7篇，其中6篇已经发表在SCI收录的国际学术刊物上，另有一篇也已投往进化生物学方面的国际期刊。另外，在本项目的资助下，本课题组培养了多名优秀的硕士、博士研究生。