论文部分内容阅读
在真核细胞中，相较于其他细胞器，线粒体与叶绿体是具有相对独立基因组的特殊细胞器。在植物中，细胞核基因组的遗传方式为孟德尔遗传，而线粒体与叶绿体基因组的遗传方式主要为单亲遗传。大家普遍认为除了一些特殊的情况外，被子植物和裸子植物中的苏铁纲和买麻藤纲的线粒体与叶绿体基因组主要进行母系遗传。
水稻是重要的粮食作物，包括粳稻和籼稻。亚洲栽培稻的线粒体基因组具有多态性，这与水稻线粒体基因组进行母系遗传相矛盾。为了解决这个问题，我们利用Oryzaglaberrima×Oryzasativa构建了BC2F12回交重组自交系(Backcross Inbred Line, BIL),它们的细胞器均来源于母本。对比母本与5个BIL系的线粒体基因组与叶绿体基因组，主要结果如下：
1.通过对亚洲栽培稻核心种质线粒体类型进行检测，可以发现它们存在多样性。为了解释这种现象的发生，我们构建了非洲栽培稻与93-11的回交重组自交系来模拟亚洲栽培稻驯化的过程，通过对杂交子代线粒体的检测，可以发现BIL系线粒体基因组发生了变化，而且父本BIL系发生变化的程度比母本BIL系大。
2.为了进一步研究BIL系子代线粒体基因组的变化，我们选取母本与5个具有代表性的BIL系进行后续研究。将母本与5个BIL系的线粒体基因组和叶绿体基因组进行测序，组装，注解后，我们发现无论是BIL系子代线粒体基因还是叶绿体基因的种类均与非洲栽培稻相同。当对线粒体基因组和叶绿体基因组结构进行分析时，我们发现BIL系叶绿体基因组没有发生变化，但是它们的线粒体基因组却发生了重排。进一步分析发现，BIL系线粒体基因组中的重排事件包括：倒置，易位，裂变与融合。
3.在非洲栽培稻线粒体基因组与叶绿体基因组中，分别存在33个和8个不同种类的重复序列。进一步分析发现，同一重复序列的重组频率在BIL系中发生了变化，进而造成重组序列不同构象的含量也发生了变化。但将5个BIL系线粒体基因组与母本同源区段边界与重复序列比较时，我们发现它们同时出现的频率低于先前的报道，这表明，非同源末端连接(Non-homologous EndJoining, NHEJ)也是基因组重排产生的关键因素。
4.在5个具有代表性的BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中，我们发现所有基因的表达量分别变化为母本的0.27-4.46和0.12-2.87。当利用分子手段检测基因拷贝数变化与表达量变化的关系时，我们没有发现其中存在正比例关系。
5.在非洲栽培稻和5个具有代表性的BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中，我们分别发现了529个和74个编辑位点，它们分别存在于35个线粒体基因和30个叶绿体基因。其中，138个线粒体基因编辑位点首次在水稻线粒体基因组中发现。当将BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中编辑位点与母本比较，我们分别发现91-111和9-14个编辑位点的编辑效率发生了变化。
综上所述，远缘杂交将导致子代线粒体与叶绿体发生变化，这种变化不仅存在于DNA水平，也存在于RNA水平。在杂交子代中，线粒体与叶绿体的变化可以使它们更好地适应新的核基因组环境，从而使细胞进行正常的生理活动。
水稻是重要的粮食作物，包括粳稻和籼稻。亚洲栽培稻的线粒体基因组具有多态性，这与水稻线粒体基因组进行母系遗传相矛盾。为了解决这个问题，我们利用Oryzaglaberrima×Oryzasativa构建了BC2F12回交重组自交系(Backcross Inbred Line, BIL),它们的细胞器均来源于母本。对比母本与5个BIL系的线粒体基因组与叶绿体基因组，主要结果如下：
1.通过对亚洲栽培稻核心种质线粒体类型进行检测，可以发现它们存在多样性。为了解释这种现象的发生，我们构建了非洲栽培稻与93-11的回交重组自交系来模拟亚洲栽培稻驯化的过程，通过对杂交子代线粒体的检测，可以发现BIL系线粒体基因组发生了变化，而且父本BIL系发生变化的程度比母本BIL系大。
2.为了进一步研究BIL系子代线粒体基因组的变化，我们选取母本与5个具有代表性的BIL系进行后续研究。将母本与5个BIL系的线粒体基因组和叶绿体基因组进行测序，组装，注解后，我们发现无论是BIL系子代线粒体基因还是叶绿体基因的种类均与非洲栽培稻相同。当对线粒体基因组和叶绿体基因组结构进行分析时，我们发现BIL系叶绿体基因组没有发生变化，但是它们的线粒体基因组却发生了重排。进一步分析发现，BIL系线粒体基因组中的重排事件包括：倒置，易位，裂变与融合。
3.在非洲栽培稻线粒体基因组与叶绿体基因组中，分别存在33个和8个不同种类的重复序列。进一步分析发现，同一重复序列的重组频率在BIL系中发生了变化，进而造成重组序列不同构象的含量也发生了变化。但将5个BIL系线粒体基因组与母本同源区段边界与重复序列比较时，我们发现它们同时出现的频率低于先前的报道，这表明，非同源末端连接(Non-homologous EndJoining, NHEJ)也是基因组重排产生的关键因素。
4.在5个具有代表性的BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中，我们发现所有基因的表达量分别变化为母本的0.27-4.46和0.12-2.87。当利用分子手段检测基因拷贝数变化与表达量变化的关系时，我们没有发现其中存在正比例关系。
5.在非洲栽培稻和5个具有代表性的BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中，我们分别发现了529个和74个编辑位点，它们分别存在于35个线粒体基因和30个叶绿体基因。其中，138个线粒体基因编辑位点首次在水稻线粒体基因组中发现。当将BIL系线粒体基因组与叶绿体基因组中编辑位点与母本比较，我们分别发现91-111和9-14个编辑位点的编辑效率发生了变化。
综上所述，远缘杂交将导致子代线粒体与叶绿体发生变化，这种变化不仅存在于DNA水平，也存在于RNA水平。在杂交子代中，线粒体与叶绿体的变化可以使它们更好地适应新的核基因组环境，从而使细胞进行正常的生理活动。