寄生关系中转座子水平转移及其对宿主基因组进化的影响研究

Horizontal gene transfer is common in prokaryotes, but in multicellular eukaryotes these cases mainly involved in the transposon horizontal transfer. The host-parasite relationship promoting the transposon horizontal transfer is a basic and important scientific hypothesis in the field of evolutionary biology. However, the current understanding of the scientific hypothesis remains controversial. Moreover, the effect of transposon horizontal transfer on host and parasite genome evolution remains unknown. Based on our previous observations、the widespread distribution of Strepsiptera parasite host and the rich data resources of insects and Strepsiptera parasites, identification, occurrence degree and frequency of horizontal transfer of transposon in host-parasite relationship will be investigated in this project through comparative genomics from the new perspective of the whole genome using insects-Strepsiptera parasite as a model, systematically evaluating the roles of host-parasite relationship on transposon horizontal transfer. Meanwhile, the distribution of horizontal transfer of transposons on the chromosome of different species and their relationship with host genes will be also carried out, revealing the effect of transposon horizontal transfer on genome evolution. Our results can not only deepen the understanding of transposon horizontal transfer mechanisms, but also can provide new insights to investigate the safety of transgenic biological evaluation, which has important theoretical and practical significances.

水平基因转移现象在原核生物中普遍存在，但在多细胞真核生物中的报道主要是关于转座子的水平转移。寄主-寄生物关系促进转座子水平转移，是进化生物学领域的一个基础和重要科学假说。然而，目前对这一科学假说的认识仍存在争议，并且关于转座子水平转移对寄主和寄生物基因组进化的影响研究鲜有报道。基于申请人前期的工作基础、捻翅目寄生虫寄主的广泛性以及昆虫和捻翅目寄生虫丰富的数据资源，本项目拟以昆虫-捻翅目寄生虫为模型，从全基因组这个新视角，通过比较基因组学方法开展寄主-寄生物关系中转座子水平转移事件的鉴定，发生程度和频率研究，系统评价寄主-寄生物关系在转座子水平转移中的作用；同时，通过开展水平转移的转座子在不同物种中染色体上的分布及与宿主基因关系的研究，揭示转座子水平转移对基因组进化的影响。研究结果不仅可以加深对转座子水平转移机制的认识，而且可以为研究转基因生物安全性评价提供新的思路，有重要理论和实践意义。

水平基因转移现象在原核生物中普遍存在，但在多细胞真核生物中的报道主要是关于转座子的水平转移。寄主-寄生物关系促进转座子水平转移，是进化生物学领域的一个基础和重要科学假说。然而，目前对这一科学假说的认识仍存在争议，且绝大多数转座子水平转移的载体未知。本项目以昆虫-捻翅目寄生虫为模型，从全基因组这个新视角，通过比较基因组学方法开展寄主-寄生物关系中转座子水平转移事件的鉴定，发生程度和频率研究，系统评价寄主-寄生物关系在转座子水平转移中的作用，取得了突破性研究成果及进展。主要包括：（1）在98中昆虫中总共鉴定了6012个MITEs，其中属于TC1/Mariner超家族的MITEs含量最多，最小的属于Transib。另外，不同MITEs超家族的家族和拷贝数量差异很大，家族数从2个到1660个不等，拷贝数从404 to 334508不等。分析每一个物种中MITEs的含量与其基因组大小的相关性，发现MITEs的含量与其基因组大小显著正相关。（2）在31个昆虫间发现了54例MITEs水平转移事件，且MITEs水平转移的频率在不同物种间有显著差异。有意思的是，在Mengenilla moldrzyki和Orussus abietinus与它们可能寄生的昆虫间分别发现了20和10例MITEs水平转移事件，该结果为寄生关系有利于转座子水平转移的假说提供了充足的证据。（3）通过对5170个病毒基因组中MITEs的从头预测，我们在6个病毒基因组中发现了10个MITEs家族，而且每一个家族在病毒基因组中都经历了爆发式的扩增。由于潘多拉病毒基因组中的MITEs非常丰富，该结果暗示MITEs可能在潘多拉病毒基因组进化过程中发挥重要作用。我们还在病毒宿主的基因组中发现了7个MITEs的自主转座子，这表明病毒可能借助其宿主的自主转座子的转位机制来传播和扩增MITEs。另外，在病毒宿主中发现了7个与病毒中相似的MITEs，表明水平转移是病毒MITEs繁殖的主要机制，也进一步证实了病毒是转座子水平转移的理想载体。（4）在家蚕中发现了一个BmMITE-2诱导的适应性插入，该插入可降低其相邻COQ7基因侧翼区的多态性，暗示BmMITE-2的插入可能调控COQ7基因的功能。总之，本项目的研究结果不仅可以丰富对转座子的起源、进化及功能的认识，而且可以加深对转座子水平转移机制的的认识，有重要的基础理论意义。