【摘要】：植物全基因組測序是進(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。毛果楊全基因組測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,一般6~7年才能開花,且個體高大,作為木本植物的模式仍存在明顯缺陷。而簸箕柳是原產(chǎn)我國的當(dāng)年開花小灌木,是楊樹的姊妹種,其個體小、更易于無性繁殖,容易開展大規(guī)模田間實驗,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長度為925.0 kb,contig N50為17.4 kb,覆蓋基因組總長的71.5%。對簸箕柳基因組進(jìn)行質(zhì)量評估發(fā)現(xiàn):基因組超過94.0%的堿基測序深度大于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個蛋白質(zhì)編碼基因,其基因數(shù)量比毛果楊少13,000個。將注釋的基因比對到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tRNA基因,161個rRNA基因和598個snRNA基因。3、利用流式細(xì)胞儀測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。通過計算估測,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)化速率比長生殖周期的快。7、采用Illumina Hi-Seq 4000測序平臺,完成了簸箕柳雌花授粉后不同時間的轉(zhuǎn)錄組測序。序列拼接共得到32,367條unigenes序列,序列總長度53.6 Mb,contig N50長度為2,275 bp。對簸箕柳轉(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、通過對雌花序授粉后不同時間轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析,共得到927個差異表達(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,上述富集的基因為調(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S793.9

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本文編號：2438363