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1、博士学位论文答辩博士学位论文答辩论文题目：论文题目：专专 业：业：答辩人：答辩人：导导 师：师：水稻小RNA的基因组分布和分子进化研究生物化学与分子生物学2008-6-9王晟樊龙江 教授，李德葆 教授大纲第1章 文献综述第2章 水稻等禾本科TAS3基因的比较与分子进化分析第3章 水稻MIR156b/c基因的进化与选择分析第4章 水稻小RNA的全基因组分析2第1章 文献综述3植物小RNA植物基因组的倍增事件4植物中的小RNA途径 (Bonnet et al., 2006)microRNAsiRNAtasiRNA植物基因组的倍增事件植物基因组的倍增事件5水稻 (A) 和拟南芥 (B) 倍增基因对点
2、状示意图 (Zhang et al., 2005)(Zhang et al., 2005)第2章 水稻等禾本科TAS3基因的比较与分子进化禾本科中候选TAS3基因的鉴别TAS3基因的系统发育和进化分析TAS3基因的其他特征6TAS3基因基因7 tasiARF tasiARFTwo-tasiARF TAS3miRNA bindingsitemiRNA bindingsite tasiARFOne-tasiARF TAS3miRNA bindingsitemiRNA bindingsiteTAS3基因的系统发育树基因的系统发育树8 禾本科中禾本科中one-tasiARF TAS3基因的系统发育树基
3、因的系统发育树禾本科中禾本科中two-tasiARF TAS3基因的系统发育树基因的系统发育树松：红色双子叶植物：浅蓝色禾本科的 TAS3 基因：黑蓝色TAS3基因的计算识别基因的计算识别9TAS3基因的进化基因的进化10 植物中TAS3基因的进化彩色的格子表示在相应物种中检测到的TAS3基因，不同的颜色代表不同的亚类或组。缩写：Os: 水稻; Hv: 大麦; Ta: 小麦; Zm: 玉米;Sb: 高粱; Br: 十字花科; Ot: 除了Br以外的双子叶植物；Pi：白云杉和北美云杉；Pt：火炬松；Pp： 小立碗藓; Gym: 裸子植物。 TAS3基因的基因的PCR扩增和测序扩增和测序基于数据库
4、挖掘找到的TAS3基因上保守的tasiARF和3miR390互补位点设计三对PCR引物，分别被用来扩增玉米，大麦，小麦，高粱和甘蔗上的one- 和 two-tasiARF TAS3 基因（EU327115-EU327141）。11 部分one-tasiARF TAS3基因的多序列联配 部分two-tasiARF TAS3基因的多序列联配3末端的相位保守性末端的相位保守性12在tasiARF 和3 miR390 互补位点之间的区域上，相位排布结构具有高度的保守性，3区域序列长度严格按照以相位长度（21 nt）为单位的变化规则。C结合位点和相位序列的保守性结合位点和相位序列的保守性13禾本科中禾本
5、科中tasiARF和两个和两个miR390互补位点上序列保守性互补位点上序列保守性每个位置上的标识（logo）的高度，对应于位点的保守性。TAS3基因的起源基因的起源14禾本科和苔藓中禾本科和苔藓中TAS3基因的茎环结构基因的茎环结构tasiARF 5端的5个核苷酸（UUCUU）位于顶部的环上水稻中的TAS3-like基因座位位于miR390靶基因LRR-kinase编码区的TAS3-like基因第3章 水稻MIR156b/c基因的进化与选择分析15基因组倍增驱动的MIR156b/c 的进化禾本科作物之间MIR156b/c 的高度保守性MIR156b/c的遗传多样性和选择分析水稻miR156家
6、族的基因组分布和系统发育树1617MIR156b/c 在水稻，玉米和高粱基因组上的共线性。在水稻，玉米和高粱基因组上的共线性。水稻、玉米和高粱水稻、玉米和高粱MIR156b/c基因的基因组序列联配结果基因的基因组序列联配结果MIR156b/c在禾本科中的保守性MIR156b/c的遗传多样性和选择的遗传多样性和选择18核酸多态性和选择检验核酸多态性和选择检验第4章 水稻小RNA的全基因组分析19小RNA序列的概况产生小RNA位点的分布在种子两个发育时期表达存在差异的基因座位水稻基因组复制块上小RNA分布的差异数据来源和分析数据来源和分析材料为粳稻（日本晴）发育的种子，分别在受精后（days-af
7、ter-fertilization，DAF）1-5天（G1期）和6-10天（G6期）两个发育时期收集小RNA样品。通过Illumina高通量测序技术，获得了680多万条非冗余的小RNA读序。用BLAST将其定位到水稻基因组上（TIGR，版本5）。小RNA的序列，位置和来源等信息存入MySQL数据库，其中位置信息基于Bio:DB:GFF数据库模式，按照称为bin的格式存储，可以将查询速度提高12个数量级。20小小RNA序列的概况序列的概况21小RNA数量分布这些小RNA所覆盖的基因组序列长度为42,826,369 bp，占水稻基因组（372,077,801）的11.5%。这些小RNA中，89.4
8、%（17,898,912条）的长度为2124 nt，其中主要是24 nt（65.0%）。22小小RNA沿染色体的数量分布状况沿染色体的数量分布状况橙色曲线表示重复归一化后的小RNA的数量蓝色曲线和红色曲线分别表示逆转录元件和转座子的百分比（%）黑色部分为非重复序列的百分比（%）红色的短线对应中心粒及其周围区域的位置小小RNA在基因组各种类型区域上的分布情况在基因组各种类型区域上的分布情况23小RNA在基因组各种类型区域上的分布情况小RNA在各种重复元件序列中的分布和密度24小RNA在各种重复元件序列中的分布和密度Raw：小RNA原始数目，RawRepNor：重复归一化后的小RNA数值，RawH
9、itDest：每Mb序列包含的小RNA原始数目，RawNorHitDest：每Mb序列包含的重复归一化后的小RNA数目在种子两个发育时期表达存在差异的基因座位在种子两个发育时期表达存在差异的基因座位25v种子发育两个时期的小RNA表达谱（基因座位上的表达量）进行了比较，筛选出表达有差异的基因座位（包括TIGR注释的基因座位和重复序列元件）。v某些ncRNA基因的表达差异极显著，比如，12006.t02006 (28.26 倍)。这表明该基因可能在不同发育阶段发挥调控作用(Willmann & Poethig, 2007)。v另外，很多重复元件的表达差异也比较显著，表明发育阶段的不同，对小RNA
10、相关的重复元件调控的影响比较显著。这些结果为进一步进行实验验证提供了重要信息。水稻基因组复制块上小水稻基因组复制块上小RNA分布的差异分布的差异26v一对倍增块的成员之间，小RNA的表达量差异比较明显，且差异主要存在于非同源区域。这提示，水稻基因组倍增块在进化中，与小RNA相关序列及其表达发生了显著的分化。v同源区域小RNA的表达量比较低，且分布差异不显著，可能是由这些区域的保守性所决定的。致谢感谢导师樊龙江樊龙江教授和李德葆李德葆教授的悉心关怀和指导，没有他们的宽容和帮助，我能够完成学业是无法想象的。对于他们卓越的专业能力，诲人不倦的高尚师德和洞察世事的人格魅力，再多溢美之言也难以表达我对恩师的感谢和敬意。感谢郭兴益同学对本论文相关研究工作的大力帮助，感谢本实验室（BIOINPLANT）张扬，温晓，鲍坚东，王煜，桂毅杰，冷晓东，全丽艳、沈丹，姚坚强等同学的关心和帮助，和你们在一起度过了美好的时光，谢谢！同时也感谢曾在生物技术研究所共事过的庄晓峰，张峰，戴承恩，于凤池，郭晓勤，张海燕，梁慎等同学对我的帮助。特别感谢我的父母，朋友及所有亲人对我的理解，鼓励和支持。同时向所有关心和帮助过本研究工作的领导、老师和同学表示最衷心的感谢！向参加本论文评阅、答辩委员会的各位专家致以最诚挚的谢意！
