家蚕驯化过程中内含子进化历程研究

The origin of intron is one of biology's longest standing mysteries. Across eukaryotes, intron numbers differ widely. The fundamental causes of this variation remain controversial, partly because of a lack of inferring the properties of recent gain or loss introns. With the development of sequencing technology and genomics, the evolution of introns was analyze in population level, which is more efficient in acquiring recent evolutionary events of introns. Through comparing the orthologous genes of domesticated silkworm (Bombyx mori) and wild silkworm (Bombyx mandarina), we observed 590 events of intron gain or loss during the domestication of silkworm, and the genes of these events expressed higher at silk gland and ovary. On these basis, we proposed to do research on the evolutionary mechanisms of intron on a population genomics way. We would focus on the rates of intron gain and loss, the machineries of intron creation, the selections on new introns, the function of introns, the relationship between introns and domestication, and the impact of intron events on silkworm specific phenotypes (like producing silks and living in groups). The result not only would provide novel evidences for the origins of introns, but also cast insights onto the evolutionary role of introns on domestication of the silkworm.

内含子的起源历程至今仍然是生物学界的谜团之一。内含子在不同真核生物中的分布数量不同，但是至今仍然没有得到很好的解释。其中一个重要原因是缺乏对最近内含子丢失和获得事件的捕获。随着测序技术和基因组学的发展，利用群体基因组数据进行内含子进化机制的研究成为可能。该方法的最大优点在于能够捕获近期的内含子进化事件。通过对家蚕与野蚕的同源基因比较，本课题组初步证实了家蚕与野蚕的590个内含子差异事件，并发现这些差异事件所在基因高比例分布于同驯化密切相关的丝腺和卵巢中。基于此，本课题组拟采用群体基因组学的方法对这些内含子的发生发展过程进行系统的分析，重点对内含子发生丢失和获得的速率、内含子的产生机制、内含子是否遭受选择压、内含子的功能、内含子同驯化的关系以及内含子对蚕特有表型（如吐丝和群居）的影响进行考察和研究。该项目的研究结果不仅将为内含子的起源问题提供新的证据，还将揭示出内含子在家蚕驯化过程中的意义。

内含子，作为基因表达调控的重要原件，在物种的演化中起到了重要作用。但是，内含子同驯化的关系报道甚少。为此，本课题组重新拼接了31个家蚕和15个野蚕样本的基因组。通过与家蚕的模式序列进行比较分析，本课题组找到了20734个家蚕或者是野蚕特有的内含子长度变化事件。我们发现，相对于模式基因组而言，虽然野蚕拥有更多的长度变化的内含子，并且整体的变化程度更高。发生内含子长度变化的基因在家蚕的各个组织中的表达要比野蚕的要高。本课题组找到了213个相对于野蚕样本在家蚕样本内部高度保守的内含子，这些内含子中有73个的所在区域的家蚕内部保守性要显著的高于周边区域。通过仿真，本课题组发现上述73个内含子中有15个不符合驯化瓶颈模型，即未收到遗传瓶颈的影响。此外我们还通过de novo的方式进行序列拼接，并在此基础上找到了9个家蚕内部高度保守而野蚕样本间剧烈变化的内含子。这些证据都表明，内含子的长度变化参与了家蚕的驯化过程。