【摘要】：馬鈴薯致病疫霉是晚疫病的病原菌,在歷史上曾導(dǎo)致愛爾蘭大饑荒,至今仍不斷威脅著全球糧食安全。人們目前一般采用化學(xué)藥劑,農(nóng)業(yè)耕作措施以及應(yīng)用抗病品種等對(duì)致病疫霉進(jìn)行防治,但效果并不突出。而通過對(duì)其整個(gè)生命周期過程進(jìn)行了解,然后選擇某一薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)防治或?qū)⑵浯驍?則可能達(dá)到很好的效果,這也是其他植物病原微生物防治的常用方法。與其他卵菌相似,致病疫霉在生命周期中的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段被認(rèn)為是二倍體,而也有一些報(bào)道發(fā)現(xiàn)了三倍體和多倍體的存在。前人還發(fā)現(xiàn),致病疫霉的倍性水平隨著其不斷演化而一直發(fā)生變化,占統(tǒng)治地位的優(yōu)勢(shì)菌株也一直處于更迭狀態(tài)。前人猜想其可能通過倍性水平的變化改變其遺傳變異度從而適應(yīng)環(huán)境變化。對(duì)致病疫霉生命周期中不同生殖方式的研究發(fā)現(xiàn),其兼具無(wú)性生殖和有性生殖兩種形式,推測(cè)其通過前者快速繁殖以擴(kuò)大群體,而通過后者發(fā)生染色體重組產(chǎn)生基因型多樣性。兩者優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,致病疫霉便具備了適應(yīng)各種環(huán)境條件的潛力。如此看來(lái),致病疫霉的倍性水平與生殖方式似乎存在某種聯(lián)系,而它們又與其環(huán)境適應(yīng)性有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。然而,目前幾乎沒有致病疫霉倍性水平與生殖方式間關(guān)系的系統(tǒng)研究,而不同倍性水平菌株的遺傳變異度、環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制及相關(guān)數(shù)據(jù)支持也鮮有報(bào)道。本文基于全基因組使用微衛(wèi)星標(biāo)記,單核苷酸多態(tài)性分析,流式細(xì)胞儀核DNA定量和顯微鏡下染色體計(jì)數(shù),評(píng)估了幾個(gè)代表性菌株的倍性水平,發(fā)掘出致病疫霉倍性水平與生殖方式、遺傳變異度及環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系,并給出有力的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),對(duì)三倍體和二倍體各一個(gè)菌株進(jìn)行脅迫誘導(dǎo)處理和重測(cè)序分析,對(duì)致病疫霉倍性水平變化的模式提出猜想并驗(yàn)證。主要結(jié)論如下:1.自然界中馬鈴薯致病疫霉的倍性水平與生殖方式間存在相關(guān)性。其中有性生殖群體均為二倍體,而幾乎所有主要的無(wú)性生殖系,如US-1和13_A2均為三倍體。2.致病疫霉倍性水平與遺傳變異度間存在相關(guān)性。相比于二倍體,三倍體菌株擁有更高水平的遺傳變異度,且這些變異在全基因組水平,編碼區(qū)和效應(yīng)蛋白編碼區(qū)都具有顯著性差異。遺傳變異度更高,從一定程度上反映了其基因組在自然環(huán)境條件下具有更高的適應(yīng)性和“容錯(cuò)率”。3.在人工脅迫處理?xiàng)l件下,三倍體菌株NL08452經(jīng)歷快速的染色體丟失,該過程發(fā)生在變異積累之時(shí)或之前。倍性水平的變化,反映出三倍體菌株基因組在脅迫環(huán)境下很強(qiáng)的可塑性,這可能是其應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的一種很好的適應(yīng)策略。4.三倍體菌株NL08452的每一套單體型并不是獨(dú)立演化的,其三套亞基因組應(yīng)該是AAB,而不是ABC。三倍體在降倍后仍傾向于保持其雜合性,而保持了雜合性的這些后代菌株在生長(zhǎng)和環(huán)境適應(yīng)能力上沒有明顯的降低。本研究揭示了馬鈴薯致病疫霉倍性水平與生殖方式及遺傳變異度間的關(guān)系,對(duì)倍性水平變化與環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系提出猜想并驗(yàn)證,為馬鈴薯晚疫病的防治打下了理論基礎(chǔ)并提供了新的思路。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S435.32
【圖文】：

(也可以抓取與參考基因組堿基不同的 reads，這里以相同的為例)；通過這些reads找到其對(duì)應(yīng)mate pair reads的起始位置，根據(jù)reads長(zhǎng)度可計(jì)算其終止位置 (比對(duì)上 seed1 的 reads 分 read1， read2 兩種情況，其對(duì)應(yīng)的 mate pair read 分別為 read2， read1)；對(duì)應(yīng) mate read 為 read1 的分為一組，為 read2 的分為另一組，計(jì)算兩組最小的起始位置到最大的終止位置范圍；以 mate read 為 read2 的一組 reads 確定的范圍為例，若該范圍內(nèi)有 NL08452-M 過濾得到的SNP 位點(diǎn)存在 (即存在種子 SNP 位點(diǎn))，則以該 SNP 位點(diǎn)為 seed2；抓取比對(duì)到 seed2 的 reads，同時(shí)需要滿足這些 reads 來(lái)源于 seed1 (即其 mate pair read 對(duì) seed1位點(diǎn)有覆蓋)，統(tǒng)計(jì)這些 reads 上在 seed2 位點(diǎn)的堿基情況，以堿基類型出現(xiàn)最多的那種為 seed2的堿基情況 (理論上，來(lái)源于 seed1 且比對(duì)到 seed2 的 reads 在 seed2 上的堿基類型出現(xiàn)的情況應(yīng)該只有一種，但實(shí)際還存在連鎖交換等問題，導(dǎo)致出現(xiàn)兩種或以上堿基類型)。Mate pair read 為 read1 的一組的處理方法同步驟 4) 和 5)。這樣，通過 seed1，seed2，就能確定二倍體 452-3 的其中一套亞基因組 (Haplotype 1，此處簡(jiǎn)稱 H1) 情況，比如如下例子：Supercontig Left_pos Pos Right_pos H1Supercontig_1.1 86632 86990 87490 GTG

17Figure 4 Ploidy determination by chromosome counting and flow cytometry圖 4 流式細(xì)胞技術(shù)與染色體計(jì)數(shù)鑒定倍性水平綜合微衛(wèi)星標(biāo)記、流式細(xì)胞技術(shù)、顯微鏡下染色體計(jì)數(shù)和重測(cè)序等技術(shù)和分析手段，對(duì)馬鈴薯致病疫霉倍性水平鑒定及其與生殖方式間的關(guān)系進(jìn)行整理，如表4所示。由此可得到的結(jié)論為：馬鈴薯致病疫霉倍性水平與生殖方式間存在相關(guān)性，其中無(wú)性生殖系為三倍體，有性生殖系為二倍體。

23Figure 7 The proposed mechanism of ploidy reduction圖 7 倍性水平降低的推測(cè)機(jī)制由處理前后菌株新產(chǎn)生及丟失的雜合 SNP 位點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖表可知 (表 7，圖 6)，馬鈴薯致病疫霉菌株 NL08452-M 與 NL08452-S 新產(chǎn)生的雜合 SNP 位點(diǎn)比例接近 (P < 0.05)，由此推測(cè)每一套單體型并不是獨(dú)立進(jìn)化的，因此三倍體菌株 NL08452 三套亞基因組應(yīng)該是 AAB，而不是 ABC(圖 7)。單體型分型統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全基因組共有 12,031 個(gè)可用于做 phasing 的區(qū)域 (Three-SNPphasing regions)，脅迫處理前后，69.22%的區(qū)域三套亞基因組的單體型變化模式為 AAB 變?yōu)?AB(期望情況)。大于 1 Mb 的 Supercontig 共 51 條，對(duì)它們的單體型變化模式進(jìn)行滑動(dòng)窗口作圖展示，觀察期望情況在其上不同區(qū)域的分布情況 (圖8)。期望情況 (AAB變?yōu)锳B) 變化模式每個(gè)窗口 (1-Mb窗口大小，100-Kb 步移距離) 中所占的比例用不同顏色表示 (按所占比例由小到大，以 0.2 為大

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本文編號(hào)：2771083