樺木科(Betulaceae)隸屬于殼斗目(Fagales),包含六個屬,約160種。本研究對樺木科六個屬共24個物種的葉綠體基因組(chloroplast genome,plastomes)進(jìn)行了比較基因組學(xué)分析,進(jìn)一步提高了我們對該科植物葉綠體基因組的認(rèn)識;而利用葉綠體基因組序列及相應(yīng)物種的ITS序列對樺木科進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)育分析,使我們能夠更加深入地理解樺木科植物的進(jìn)化歷程,從而更有效地對該科植物進(jìn)行開發(fā)利用。通過比較基因組學(xué)分析,我們發(fā)現(xiàn)樺木科植物的葉綠體基因組相對比較保守,均由長單拷貝區(qū)(large single-copy region,LSC)、短單拷貝區(qū)(small single-copy region,SSC)和將單拷貝區(qū)(single-copy region,SC)分隔開的兩個反向重復(fù)區(qū)(inverted repeat regions;IRA,IRB)共四個區(qū)域組成,長度在158-161 kb之間,包含排列順序相同的111個基因。與此同時,樺木科植物的葉綠體基因組也存在一定程度的變異,如反向重復(fù)區(qū)在榛屬植物中的擴(kuò)展、四個區(qū)域邊界的變化以及包括蛋白編碼區(qū)在內(nèi)的基因組序列的變異等。葉綠體基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析表明,樺木科的六個屬均為單系起源;而在基于ITS序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹中,鐵木屬與鵝耳櫪屬則形成復(fù)系,聚為一簇。通過比較基于葉綠體基因組序列與ITS序列分別構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹,我們發(fā)現(xiàn)樺木科各個屬內(nèi)不同的物種間存在著眾多系統(tǒng)發(fā)育位置不一致的現(xiàn)象,這說明在樺木科的進(jìn)化過程中可能存在廣泛的雜交(hybridization)、漸滲(introgression)、不完全譜系篩選(incomplete lineage sorting)等現(xiàn)象。此外,我們基于葉綠體基因組蛋白質(zhì)編碼序列和四個化石記錄對樺木科植物的分化時間進(jìn)行了估算。結(jié)果表明,樺木科起源于白堊紀(jì)(Cretaceous)末期與古新世(Paleocene)早期之間(63.7-74.9 Mya),而本研究中六個屬的物種均于中新世(Miocene)中期至晚期(6.4-17.3 Mya)開始分化。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S792.15
【部分圖文】：

有根樹（圖1-1a）是指具有方向的樹，包含唯一節(jié)點(diǎn)作為樹中所有分類單元的最近共同祖先；而無根樹（圖 1-1b）沒有根部的這一節(jié)點(diǎn)，不體現(xiàn)演化的方向，只表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。節(jié)點(diǎn)有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和外部節(jié)點(diǎn)之分，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)指演化過程中的共同祖先或發(fā)生演化的位置，外部節(jié)點(diǎn)一般指現(xiàn)存的分類單元（個體、種群、物種等）[21、22]。根據(jù)研究類群、算法、模型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及用途等因素，系統(tǒng)發(fā)育樹分為很多種類型，其中，最常見的是二歧樹（dichotomy tree），即每個節(jié)點(diǎn)只包含兩個分支的系統(tǒng)發(fā)育樹。圖 1-1 系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)構(gòu)Figure 1-1 The structure of phylogenetic tree目前，利用分子證據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹已成為系統(tǒng)發(fā)育分析的基礎(chǔ)，構(gòu)建的方法主要有兩種：（1）基于距離的建樹方法，包括最小進(jìn)化法（minimum evolution，ME）[23]、非加權(quán)分組平均法（unweighted pair group method with arithmetic mean

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 樺木科葉綠體基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析們將 77 組序列去除低質(zhì)量比對位點(diǎn)及分散區(qū)域后進(jìn)行串聯(lián)，得到了一組長度為65,583 bp 的序列矩陣。對于葉綠體全基因組序列及 ITS 序列，我們分別得到了長度為 140,313 bp 和 758 bp 的序列矩陣用于后續(xù)分析。

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 樺木科葉綠體基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析與分化形成。但由于物種數(shù)量、葉綠體基因組有效信息位點(diǎn)數(shù)量等因素的限制，我們并沒有很好地解析樺木科同一屬內(nèi)不同物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。隨著高通量測序技術(shù)的迅速發(fā)展普及，成本愈發(fā)低廉，將使更多樺木科物種的全基因組得以測序。而全基因組數(shù)據(jù)所包含的遺傳信息遠(yuǎn)大于葉綠體基因組，利用全基因組數(shù)據(jù)在群體水平上對樺木科進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析將成為必然，這也將極大地促進(jìn)我們對樺木科植物進(jìn)化歷程的探究及理解。

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本文編號：2821989