【摘要】：植物全基因組測(cè)序是進(jìn)行基因功能解析、研究基因表達(dá)調(diào)控和開展基因圖位克隆的重要研究平臺(tái)。毛果楊全基因組測(cè)序組裝的完成使楊樹成為木本植物研究的模式樹種。但是楊樹世代周期長(zhǎng),一般6~7年才能開花,且個(gè)體高大,作為木本植物的模式仍存在明顯缺陷。而簸箕柳是原產(chǎn)我國(guó)的當(dāng)年開花小灌木,是楊樹的姊妹種,其個(gè)體小、更易于無性繁殖,容易開展大規(guī)模田間實(shí)驗(yàn),且存在豐富的自然變異,是木本植物遺傳研究的理想材料。論文開展了簸箕柳的全基因組測(cè)序,獲得主要研究結(jié)果如下:1、采用全基因組鳥槍法完成了簸箕柳全基因組從頭測(cè)序,共獲得16.5倍覆蓋度的454GS FLX單末端序列和7.3倍覆蓋度的3 kb、8 kb和20 kb插入片段的雙末端序列,231.1倍的插入片段為200 bp和500 bp的Illumina雙末端序列。以454 GS FLX測(cè)序序列拼接得到了簸箕柳基因組序列骨架,采用Illumina雙末端序列進(jìn)行補(bǔ)洞,最終得到303.8 Mb的基因組序列,scaffold N50長(zhǎng)度為925.0 kb,contig N50為17.4 kb,覆蓋基因組總長(zhǎng)的71.5%。對(duì)簸箕柳基因組進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估發(fā)現(xiàn):基因組超過94.0%的堿基測(cè)序深度大于20倍,拼接的基因組序列覆蓋了簸箕柳97.6%Unigene和其他柳樹94.2%的EST序列,以及97.8%核心真核生物基因,上述結(jié)果表明簸箕柳基因組拼接質(zhì)量較高。2、采用De novo、同源注釋和RNA-seq依賴的方法進(jìn)行基因注釋,共得到26,599個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,其基因數(shù)量比毛果楊少13,000個(gè)。將注釋的基因比對(duì)到nr、Swissprot、TrEMBL等蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行功能注釋,發(fā)現(xiàn)25,871個(gè)基因在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中有同源序列,占注釋基因總數(shù)的97.3%。結(jié)合De Novo和同源注釋兩種方法,分別在核酸和蛋白質(zhì)水平鑒定基因組中的重復(fù)序列,共得到125.6 Mb的非冗余重復(fù)序列,約占拼接基因組的41.4%。此外還注釋得到了829個(gè)tRNA基因,161個(gè)rRNA基因和598個(gè)snRNA基因。3、利用流式細(xì)胞儀測(cè)定簸箕柳基因組大小為429.3 Mb。采用40倍覆蓋度的高質(zhì)量Illumina序列進(jìn)行17 K-mer分析,得出簸箕柳基因組大小為425.0 Mb。上述結(jié)果說明簸箕柳與楊樹雖是近緣物種,但其基因組要比毛果楊小約60 Mb。4、比較基因組發(fā)現(xiàn)簸箕柳和毛果楊基因組存在廣泛的共線性和相似性,且兩物種基因組內(nèi)部共線性區(qū)域同源基因?qū)χg的4DTv值基本相似,這一結(jié)果表明簸箕柳和毛果楊一樣,也經(jīng)歷了‘Salicoid’復(fù)制事件。通過計(jì)算估測(cè),發(fā)現(xiàn)這次全基因組復(fù)制事件發(fā)生在距今約58.08±0.11百萬年,在全基因組復(fù)制事件發(fā)生之后六百萬年,楊樹和柳樹分化開來。5、對(duì)簸箕柳和毛果楊基因的復(fù)制和保留方式分析發(fā)現(xiàn),毛果楊中全基因組復(fù)制和片段復(fù)制基因的比例較簸箕柳高,說明毛果楊保留了較多的‘Salicoid’復(fù)制的基因。在某些楊柳共有的基因家族中,即使簸箕柳中該基因家族包含的基因數(shù)目比毛果楊多,其全基因組復(fù)制和片段復(fù)制的比例也比毛果楊低,推測(cè)簸箕柳的基因擴(kuò)張主要源自于串聯(lián)復(fù)制和轉(zhuǎn)座復(fù)制。6、通過計(jì)算簸箕柳、毛果楊、葡萄、擬南芥和水稻中1,232單拷貝直系同源基因堿基替換速率,得到簸箕柳和毛果楊基因組堿基替換速率分別為1.09×10-9和0.67×10-9/site/year。結(jié)果還顯示,木本植物替換速率顯著低于草本植物,短生殖周期木本植物的進(jìn)化速率比長(zhǎng)生殖周期的快。7、采用Illumina Hi-Seq 4000測(cè)序平臺(tái),完成了簸箕柳雌花授粉后不同時(shí)間的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。序列拼接共得到32,367條unigenes序列,序列總長(zhǎng)度53.6 Mb,contig N50長(zhǎng)度為2,275 bp。對(duì)簸箕柳轉(zhuǎn)錄組拼接序列所含微衛(wèi)星序列進(jìn)行了分析和查找,構(gòu)建了簸箕柳轉(zhuǎn)錄組微衛(wèi)星引物數(shù)據(jù)庫。8、通過對(duì)雌花序授粉后不同時(shí)間轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析,共得到927個(gè)差異表達(dá)基因。GO富集分析發(fā)現(xiàn),授粉144 h后上調(diào)表達(dá)的257個(gè)基因主要富集到糖基轉(zhuǎn)移酶、鈣離子結(jié)合和ATP結(jié)合等生物功能分類中�？刂评w維素合成的CesA基因?qū)儆谔腔D(zhuǎn)移酶家族,鈣離子也直接影響棉花纖維的形成,上述富集的基因?yàn)檎{(diào)控簸箕柳柳絮發(fā)育提供了重要信息。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S793.9

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本文編號(hào)：2438363