【摘要】：萵苣(Lactuca sativa)是世界上重要的蔬菜作物之一,其不同的栽培類型間具有豐富的表型變異。然而,萵苣的基因組學(xué)研究薄弱,其起源、馴化以及不同栽培類型之間分化的遺傳機制等仍有待研究。本研究通過對萵苣種質(zhì)資源進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,對萵苣的群體結(jié)構(gòu)、遺傳多樣性、馴化以及分化等進(jìn)行了全面分析;在全基因組水平上進(jìn)行了表達(dá)數(shù)量性狀位點的研究,并構(gòu)建了花青素代謝相關(guān)基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定了多個控制萵苣葉花青素積累的基因;通過關(guān)聯(lián)分析和連鎖分析克隆到一個控制萵苣葉綠色深淺的主效基因。主要結(jié)果如下:(1)對世界范圍內(nèi)的240份萵苣栽培種及野生種材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,檢測到1,133,865個高質(zhì)量的SNPs和24,042個基因的表達(dá),獲得了萵苣較為全面的變異組和轉(zhuǎn)錄組圖譜。(2)依據(jù)SNPs信息,對萵苣進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)生樹和群體結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)不同的栽培類型具有明顯的差異性;通過群體演化分析重建了萵苣的馴化和分化歷程,表明栽培萵苣由野生種L.serriola經(jīng)歷一次馴化事件產(chǎn)生,隨后分化出了多個現(xiàn)代栽培類型,其中萵苣是沿著古絲綢之路由地中海地區(qū)傳入中國,并逐漸演化為莖用萵苣(萵筍)。(3)通過群體間的比較,鑒定了多個萵苣馴化和分化階段受選擇的區(qū)域和基因,發(fā)現(xiàn)與脅迫、器官發(fā)育和代謝相關(guān)的基因在萵苣馴化過程中受到選擇,與結(jié)球和莖膨大相關(guān)的基因在萵苣分化過程中受到選擇;通過漸滲分析,發(fā)現(xiàn)L.serriola是栽培萵苣漸滲區(qū)段的主要來源。(4)通過全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定了5,311個與基因表達(dá)變異相關(guān)的遺傳位點,這些位點是萵苣豐富表型變異的重要分子基礎(chǔ);同時構(gòu)建了花青素代謝途徑的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析,發(fā)現(xiàn)6個候選基因,其中包括已知與花青素合成途徑有關(guān)的基因,如MYB113、b HLH42和ANS等。(5)通過全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定到一個與萵苣葉綠素變異顯著關(guān)聯(lián)的位點;采用圖位克隆的策略,將此位點精細(xì)定位到4號染色體5,376 bp區(qū)段內(nèi),該區(qū)域只有Ls GLK一個基因;同時利用轉(zhuǎn)基因互補驗證了該基因的功能。序列分析發(fā)現(xiàn)在淺綠植株中,Lsglk基因終止密碼子后10 bp處插入了一個長度為7,434 bp的CACTA類自主型DNA轉(zhuǎn)座子,在轉(zhuǎn)座子后又有第3-6四個外顯子的復(fù)制;同時轉(zhuǎn)座子的插入導(dǎo)致該基因發(fā)生可變剪接。進(jìn)化分析表明轉(zhuǎn)座子的插入發(fā)生在萵苣馴化過程中,在萵苣分化為各個栽培類型的過程中,GLK的不同基因型被人們選擇并在各栽培類型中固定下來。本研究不僅提供了豐富的萵苣基因組學(xué)數(shù)據(jù),還加深了人們對萵苣馴化、花青素合成與調(diào)控以及葉綠色深淺變異的了解,相關(guān)結(jié)果將為萵苣的生物學(xué)研究和培育具有高營養(yǎng)品質(zhì)的栽培新品種提供理論依據(jù)。
【圖文】：

其它類型有明顯差異；油麥菜，其株型、葉型及莖粗細(xì)等性狀與萵筍相近，在此不作為獨立的栽培類型。圖1-1 萵苣的六種栽培類型Fig. 1-1 Six horticultural types of lettuce1.1.1.4 萵苣的重要農(nóng)藝性狀在 12,000 年前，人類在中東和新月沃地就已經(jīng)開始了作物的馴化。從野生祖先種到栽培種作物的馴化是一個復(fù)雜的多階段過程。Meyer 等將這個過程分為 2 個時期（4 個階段），即初始馴化期（第 1 階段）和分化期（也叫改良期，，第 2-4 階段）；初始馴化期是指人們將野生種馴化為栽培種，分化期是指栽培種傳播到不同的地理環(huán)境或農(nóng)業(yè)文明后，人們經(jīng)過不同的定向選擇使其分化為滿足不同需求的多種栽培類型(Meyer and Purugganan, 2013)。在作物馴化和改良過程中，栽培作物的許多形態(tài)和生理特征發(fā)生了復(fù)雜變化，如落粒特性的喪失、種子休眠減弱或消失、分枝減少、開花與成熟期趨于一致以及可食用部分形態(tài)多樣化等；這些在馴化過程中產(chǎn)生的能夠顯著將栽培作物與其野生祖先種區(qū)分開的性狀稱為馴化綜合征（Domesticationsyndrome）(Olsen and Wendel, 2013)。研究表明

內(nèi)基因組的遺傳多樣性的現(xiàn)象（圖 1-2）。瓶頸效應(yīng)的強度在不同作物同。一般來說，果樹要比糧食和蔬菜作物的瓶頸效應(yīng)弱，主要是因為多年生，經(jīng)歷較少的有性世代(Gepts, 2014)。這種觀點也在多個物種中如玉米(Hufford et al., 2012)、水稻(Huang et al., 2012)、黃瓜(Qi et al., 20n et al., 2014)以及大豆(Zhou et al., 2015)等，這些栽培種的遺傳多樣性與先種比降低了 15% - 80%；而在蘋果和葡萄等果樹中的研究表明，它的瓶頸效應(yīng)(Duan et al., 2017; Myles et al., 2011)。在馴化過程中，除了樣性會降低外，還會引入新的等位基因。有些等位基因以低頻的形式中，如在玉米和大豆的重測序分析中(Jiao et al., 2012; Lam et al., 2010)種群體的稀有等位基因數(shù)量要高于野生種群體，推測這些稀有等位基化時產(chǎn)生并與優(yōu)良的農(nóng)藝性狀相關(guān)而被選擇下來；有些等位基因可能新產(chǎn)生的有利突變而被選擇富集，如控制大豆直立生長的基因 GmTfl1傳播的早期產(chǎn)生(Tian et al., 2010)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S636.2

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