拟南芥中DNA二态性起源和保存的分子机制

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本文以模式植物拟南芥(A.thaliana)为主要研究对象,利用生物信息学的手段和群体遗传学的研究方法,系统的分析了拟南芥96个基因组在996个位点上的遗传差异和变异规律。统计分析结果显示,在拟南芥基因组中存在一种频率很高的分组的核苷酸多态性(grouped nucleotide polymorphism,GNP),占所有位点的40.4%,对总的遗传变异的贡献高达66.7%,是拟南芥基因组中遗传差异的主要来源。对GNP的频率分布和连锁不平衡(lingkage disequilibrium,LD)的进一步分析,证实了GNP在基因组中的分布不仅具有普遍性、随机性、持续性、独立性和局部发生的特点,而且在靠近着丝粒附近的区域出现的频率相对较高。从整体上来说,GNP符合一种中性理论的进化过程。GNP表现出来的这些特点与插入/缺失(indel)本身所具有的特性相吻合。在对这些结果进行详细分析的基础上,本文提出了基于indel为基础的分子隔离假说。正是由于这种分子隔离,抑制了单倍型组间重组事件的发生,使得GNP得以产生并保存下来。 为了验证这种假说的真实性和可靠性,本文随机选择了13个indel(>100 bp)位点进行了系统的研究,在对拟南芥各生态型进行基因型测定的基础上,对每个indel位点两边的侧翼区进行测序。实验结果表明,所有的indel位点均存在与indel的基因型相一致的DNA二态性(dimorphism),每个位点上二态点(dimorphic site)的数量从4到63个不等。二态的分布模式表现出以indel为峰值向两边逐渐衰减的特点。此外,通过对随机选择的5个二态位点两边侧翼区序列的研究,发现每个二态位点附近都存在与其模式相一致的indel。这些结果表明,DNA二态性的产生和保存与indel密切相关,indel可以在其周围产生局部的分子隔离,而这种分子隔离在一定程度上降低了单倍型组之间的重组率,使得自发突变产生的SNP(single nucleotide polymorphism)容易保存下来,形成具有二态特征的核苷酸多态性。本研究不仅使人们对拟南芥DNA二态性的进化有了更深层次的理解,也为其它物种的类似研究提供了一个新的思路。
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