【摘要】：刺槐是一種近代跨洲遷移的豆科植物。刺槐遷移促進了其共生根瘤菌群之間的基因流動,然而宿主遷移對全球范圍內(nèi)刺槐根瘤菌的遺傳結構的影響尚未明確。本研究以北美洲、歐洲和亞洲的刺槐根瘤菌為試驗材料,分別利用種群遺傳學和比較基因組學方法對刺槐根瘤菌共生基因的起源與進化進行了研究。主要研究結果如下:1.持家基因atpD和gln2的遺傳多樣性較為豐富,而rpoA的遺傳多樣性最低;共生基因nifH的遺傳多樣性最大,nodA的遺傳多樣性最小;共生基因的核苷酸多態(tài)性要比持家基因低至少一個數(shù)量級。6個持家基因和5個共生基因無基因重組。共生基因和持家基因都經(jīng)歷了強烈的純化選擇作用。2.286株中慢生根瘤菌可分為3個主要分支(Clade I、Clade II、Clade III)和1個混合分支,每個Clade至少包括17種單倍型,呈現(xiàn)一個星狀結構的進化網(wǎng)絡。沒有任何一個單倍型同時存在于中國、德國和美國的種群中,美國種群具有較高的單倍型多樣性,德國種群的共生基因具有主導地位。Clade I和Clade III存在連鎖不平衡(p0.001),而Clade II存在遺傳重組(p=0.263)。3.3個分支(Clade)具有不同的進化歷史,Clade I、Clade II、Clade III在不同時期都經(jīng)歷了空間擴張事件,而Clade II也經(jīng)歷了種群數(shù)量擴張事件,并且種群擴張時間接近于其空間擴張時間,時間大約為123-823年之前,與刺槐引種進入中國并擴散傳播的時間大體一致。4.德國是共生基因的起源中心,不同地區(qū)(中國、美國和德國)共生基因遺傳多樣性的分布現(xiàn)狀是歷史上獨立的種群動態(tài)過程的結果,其中包括至少發(fā)生幾千年之前的空間擴張事件和區(qū)域間的分化,而不是在過去幾個世紀里隨刺槐宿主遷移的結果。3個分支(N_(CI)、N_(CII)和N_(CIII))由祖先種群同時分化而來。5.比較基因組學研究結果表明,附屬基因組占到了整個泛基因組的55.43%,同時還發(fā)現(xiàn)刺槐根瘤菌中有大量的噬菌體片段和轉移元件,表明刺槐根瘤菌基因組高度雜合,對環(huán)境有極強的適應能力。隨著菌株數(shù)目的增加,持家基因的數(shù)目越來越少,反而會發(fā)現(xiàn)更多的特有基因。6.平均核苷酸一致性分析表明,與刺槐結瘤的根瘤菌具有很高的基因組多樣性。刺槐中慢生根瘤菌CCNWGS0123基因組包含五個復制子,一個染色體和四個質粒,其中plas4為共生質粒,一個保守的結瘤基因簇和一個保守的固氮基因簇位于plas4質粒上。plas4質粒與染色體是獨立進化的,plas4質粒發(fā)生過低頻率的同源重組事件,其連鎖強度高于染色體部分。7.根瘤菌持家基因的系統(tǒng)發(fā)育樹與共生基因熱圖的分層聚類結果大致相同,4個根瘤菌屬清晰地分為四支。其中,中慢生根瘤菌屬菌株擁有更多的共生相關基因,這可能是中慢生根瘤菌是與刺槐結瘤的優(yōu)勢菌群的原因之一。8.與“非刺槐”相比,刺槐中慢生根瘤菌染色體的差異很大,“非刺槐”中慢生根瘤菌幾乎不含有plas4質粒中的同源片段,plas4質粒作為一個功能單元可以賦予根瘤菌與刺槐結瘤和固氮的能力,與染色體遺傳背景無明顯相關性。共生基因簇兩翼序列高度保守,然而德國菌株的兩翼序列表現(xiàn)出特異性,證明其經(jīng)歷了不同的進化歷史。nod基因的保守性高于nif基因。大量的水平基因轉移事件被檢測到,并且更容易發(fā)生在近緣種之間。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S792.27

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 陳丹明,曾昭海,隋新華,胡耀高,陳文新;紫花苜蓿高效共生根瘤菌的篩選[J];草業(yè)科學;2002年06期

相關碩士學位論文 前2條

1 李媛媛;基于全基因組序列系統(tǒng)分類Kosakonia屬的細菌[D];浙江大學;2016年

2 孫晨;比較基因組學信息可視化系統(tǒng)（CGVS系統(tǒng)）開發(fā)與應用[D];中國科學院北京基因組研究所;2013年

本文編號：2798720