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多倍化是全基因组在短时间内迅速增加,且存在于多数植物及少部分动物中的现象。在植物中,与我们生产生活息息相关的小麦、油菜、西瓜、棉花等农作物、多倍体花卉如万寿菊、金盏菊、紫罗兰等都随处可见;相比较植物,多倍化现象存仅存于少数的脊椎动物如两栖类、爬行类和鱼类少数物种中。为何现生动物中仅存在如此少的多倍化物种?目前在多倍体植物中进行的多倍化现象的研究表明,全基因组加倍后多倍体植物发生了一系列遗传和表观遗传水平的变化,而这些研究都建立在选择合适的多倍化植物模型上,这提示我们脊椎动物中多倍化相关研究的展开需要一个能代代相传的多倍化研究模型。为此,我们通过合作,获得人工繁育的异源杂交鲫鲤多倍化体系,其2nF1-2为与母本和父本母本和父本相同的二倍体,而从4nF3开始就是基因组加倍、已能代代相传的四倍体。该稳定的人工杂交多倍化鲫鲤体系的获得为我们探究现生动物中多倍化物种较为罕见的原因提供了绝佳机会。我们前期的研究表明:如同植物中一样,鲫鲤杂交多倍化初期基因组加倍后同样产生类似于基因组休克(genome shock)的效应,该效应包括遗传水平和表观遗传水平的变化,如高频率的基因突变和重组重排及丢失等遗传水平的变化和转录水平变化等等,只是鲫鲤中显示了更为持久和复杂的基因组休克效应。在我们前期的研究中甚至发现,RNA转录酶不仅发生了基因组嵌合,即鲫鱼和鲤鱼不同来源的序列混合成一个基因,同时还有子代特异性突变的发生。这就提示我们,鲫鲤杂交体系在各个层次均存在广泛的改变。在中心法则中,虽然理论上DNA作为RNA的合成模板,RNA碱基序列与DNA碱基序列是互为碱基配对的并被忠实传递的。但通过前期文献调研中发现:在人类中DNA序列并不完全忠实地被转录到RNA中,即存在RNA序列和DNA序列间的碱基差异现象。通过上述两方面的信息提示:处于休克效应期间的杂交鲫鲤体系在DNA转录到RNA的忠实性如何呢?因而,本研究运用Sanger法和高通量测序法,探究杂交鲫鲤中RNA序列和DNA序列间的碱基差异现象。首先应用S anger测序法进行了探索性的研究。选取了与细胞周期相关的plk2b基因和与肿瘤发生相关的ncoa2基因,对母本(2nH)和父本(2nL)及不同的四个子代(2nF1,2nF2,4nF18,4nF22-3)的性腺和肝脏组织根据倍性的不同挑取足够的克隆数进行PCR克隆和Sanger测序,比较各个体下同组织的RNA和DNA序列间的碱基差异。序列数据显示:杂交鲫鲤体系RNA序列和DNA序列间的碱基差异概率在0.25%-0.77%间,而人类B细胞的碱基变异率为0.1%,因此从这两个基因来看鲫鲤碱基变异率是人类的2-7倍。基于少数基因有意义的分析结果,进一步通过组学研究,以期从的更多数据量中深入研究杂交鲫鲤RNA序列和DNA序列间的碱基突变速率及规律变化。我们继续选取了母本(2nH)和父本(2nL)及三个子代2nF1,2nF2,4nF21)的肾脏组织,分析提取DNA和RNA,进行重测序和转录本测序,获得数据后进行variance calling,突变筛选分类处理和基因表达分析,揭示各个体下RNA未忠实对DNA进行转录的碱基差异,并与基因表达水平进行关联性分析。高通量测序数据分析显示:杂交鲫鲤中RNA未忠实转录于DNA的碱基变异率约为0.63%-0.73%,高出人类B细胞突变率(0.1%)约7倍左右;这些突变中主要的碱基变异类型有四种,即A-→G,T→C,G→A,C-→T,且四倍体子代中的这四种突变类型比率均高于二倍体子代:这四种碱基变异类型中,A→G的碱基变异可能是RNA editing中的腺苷酸脱氨酶(ADAR)对mRNA修饰作用而导致碱基变异:而其他类型的碱基变异则可能与烷基对DNA、RNA造成的甲基化损伤机制有关,除此之外,也有可能因鲫鲤基因组多倍化而使自身处于genome shock期从而产生更多了碱基变异,但该推测有待进一步的实验获得证据进行确认。我们的研究结果还表明,在杂交鲫鲤子代中,四倍体所有碱基突变类型的比率均高于二倍体,这说明多倍化的发生很可能使得RNA序列和DNA序列间的碱基突变数量增多。研究结果发现的杂交鲫鲤RNA序列异于DNA序列的碱基变异富集情况为:红鲫参考基因组下,父本、子代在蛋白编码区(cds)区的碱基富集率高于母本;鲤鱼参考基因组下,在外显子区(exon),母本的碱基富集率最高,子代碱基变异富集率介于父、母本间;而在两个参考基因组下,各个体在非编码区(noncoding)或非翻译区(utr)区的碱基变异富集率都是最低的;在碱基变异率与基因表达水平关联分析的结果中,四倍体子代的高表达高突变基因比率有高于二倍体倍体子代的趋势,我们对高碱基高表达基因进行功能富集发现,找到了一些与RNA非忠实转录相关的较为有趣的基因。本研究在鲫鲤杂交体系中的结果表明:多倍体中出现更高频率的RNA对应于DNA的突变发生、更多高突变高表达基因的出现,这些现象提示杂交鲫鲤多倍化初期发生的基因组休克中关键变化中包含比人类B细胞中更高频率的非忠实转录,提示多倍体需要应对更多的因RNA编辑和DNA损伤机制对自身带来的困惑,这很可能进一步加强了基因组休克效应,为多倍化在脊椎动物中较为罕见提供新的线索。