【摘要】：作為植物體遺傳信息的重要組成部分,葉綠體基因組和線粒體基因組在系統(tǒng)進(jìn)化、物種鑒定、核質(zhì)互作、基因工程等研究中均發(fā)揮重要作用。非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud)是水稻種質(zhì)資源利用的重要材料,對其細(xì)胞器基因組進(jìn)行組裝和分析,對拓寬水稻種質(zhì)資源的遺傳背景,開創(chuàng)水稻育種新途徑具有重要意義。迄今,已經(jīng)完成測序的水稻品種包括普通栽培稻和部分野生稻種,但尚無關(guān)于非洲栽培稻RAM3線粒體基因組序列的報道。本研究以非洲栽培稻RAM3構(gòu)建的多個基因組文庫為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),擬分別完成其線粒體基因組和葉綠體基因組的組裝,并對其進(jìn)行初步分析,主要研究結(jié)果如下:1.葉綠體基因組的組裝及分析:利用Miseq PE2500雙末端測序數(shù)據(jù),以NCBI收錄的27條葉綠體基因組序列為參考,通過BWA比對提取水稻葉綠體基因組序列,并用Discovar Denovo軟件進(jìn)行初步組裝并分別獲得其LSC、SSC和IR序列片段,進(jìn)一步連接完成后得到完整的RAM3葉綠體基因組。非洲栽培稻RAM3的葉綠體基因組全長134582bp,呈典型的四段式結(jié)構(gòu),編碼117個基因,包含83個蛋白編碼基因、4個r RNA和30個t RNA;其基因組結(jié)構(gòu)、基因順序、含量和密碼子使用情況與其它已發(fā)表水稻的葉綠體基因組相似。在非洲栽培稻RAM3的葉綠體基因組中共檢測到32個散在重復(fù)序列和32個串聯(lián)重復(fù)序列。對非洲栽培稻RAM3葉綠體基因組的16個簡單重復(fù)序列(SSR)分析發(fā)現(xiàn):SSR都是多聚A或多聚T,在葉綠體基因組內(nèi)呈不均一分布。2.比較基因組研究:非洲栽培稻與稻屬其他五個AA物種(Japocin、Indica、Nivara、Rufipogon、Barthii)的葉綠體基因組整體相似性較好,但基因間區(qū)的變異較大;非洲栽培稻RAM3與五個AA稻屬葉綠體基因組的IR邊界基因都是一樣,只有距離遠(yuǎn)近稍有偏差;基于31種植物7種不同的葉綠體基因數(shù)據(jù)集構(gòu)建了系統(tǒng)進(jìn)化樹,進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育研究,發(fā)現(xiàn)葉綠體基因組的LSC、CDS、全序列、IGS數(shù)據(jù)集在進(jìn)化分析中的支持率較高,結(jié)果更為可靠。并篩選出5個非洲栽培稻葉綠體特異標(biāo)記,驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)室自主選育的非洲栽培稻基因滲入系均具有非洲栽培稻細(xì)胞質(zhì)。3.線粒體基因組的組裝及分析:同時利用三個軟件對非洲栽培稻RAM3線粒體基因組進(jìn)行拼接組裝,組裝結(jié)果序列全長為495258 bp,共編碼84個基因,其中包含64個蛋白編碼基因、3個r RNA和28個t RNA,整條線粒體含有16個內(nèi)含子,分布在9個蛋白編碼基因中。在非洲栽培稻RAM3的線粒體基因組中共檢測到94個散在重復(fù)序列和29個串聯(lián)重復(fù)序列。對非洲栽培稻RAM3線粒體基因組的37個簡單重復(fù)序列(SSR)分析發(fā)現(xiàn):SSR都是多聚A或多聚T,與葉綠體基因組相似,它們在線粒體基因組內(nèi)呈不均一分布。對密碼子使用偏性分析發(fā)現(xiàn):亮氨酸的使用概率最高,色氨酸和蛋氨酸最少。4.非洲栽培稻RAM3線粒體基因組間序列分析,共發(fā)現(xiàn)75個AT富集區(qū),A+T最大差異可以達(dá)到35.19%;預(yù)測RAM3線粒體基因組中28個t RNA的二級結(jié)構(gòu),共發(fā)現(xiàn)58個錯配和1個缺失;對基因的選擇壓力分析,發(fā)現(xiàn):受正向選擇的基因nad6選擇壓力最大,基因nad2受到的選擇壓力最小,受中性選擇的是基因cob。5.非洲栽培稻RAM3細(xì)胞器基因組間序列遷移分析:由葉綠體往線粒體的序列遷移,片段總長22311bp,約為非洲栽培稻RAM3線粒體基因組總長的4.5%。共有21個遷移片段長度大于或等于100bp,其中最長的片段長度為6752bp。
【圖文】：

圖 1 葉綠體和線粒體的生物起源時間和過程， (Dyall 等,2004)Fig. 1 Time and process of biological origin of chloroplasts and mitochondria二十世紀(jì)以來，人們更加關(guān)注和重視葉綠體基因組的發(fā)展，被測序的葉綠體數(shù)目增加快速，這都?xì)w功于測序與基因組拼接組裝技術(shù)的成熟與發(fā)展，已幾乎形成一整套成熟的組裝體系，甚至，許多學(xué)者都可以借助相關(guān)生物信息軟件，組裝獲得葉綠體基因組（Excoffier and Lischer, 2010）。目前，葉綠體完整基因組的獲得已從最初的地錢和煙草兩個物種，擴(kuò)展到現(xiàn)如今諸如水稻（oryza sativa）、小麥（Triticumaestivuml）和大豆（Giycine max）等多種作物。由圖 2 可知，截至到去年第一季度，已經(jīng)有 1157 條完整葉綠體基因組全序列被 NCBI 接收，2010-2017 年收錄的葉綠體基因組顯著多于之前，總和可以達(dá)到 1030 條以上。2016 年測定的序列數(shù)目最多，2015 年測定的數(shù)目次之（Xie et al., 2017）。隨著測序技術(shù)的飛躍前進(jìn)和葉綠體基因組分析體系的逐漸成熟，越來越多的葉綠體基因組信息被公布于眾，同時完善的體系也降低了拼接、組裝、遺傳多樣性分析的難度及成本，使得越來越多的學(xué)者開始

非洲栽培稻細(xì)胞器基因組組裝及其系統(tǒng)進(jìn)化分析比如：IRs 并不是所有葉綠體基因組都含有，個別豆類植物就失去了一個 IR，此外，一些藻類擁有兩個同向，并不是反向的重復(fù)區(qū)（IR），甚至一些物種的重復(fù)區(qū)被縮減至 500 bp 以下（Martin and Kowallik, 1999）。再比如，，部分裸子植物中含有基因chl 片段，可研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有葉綠體基因組要么缺失基因 chl，要么是假基因形式出現(xiàn)，其功能已經(jīng)交由細(xì)胞核調(diào)控與表達(dá)；chl 基因和 rpl21 都已經(jīng)徹底被被子植物淘汰（Wicke, 2011）；accd，rpl22，rpl23，ycf1，ycf2 等基因中的一些基因在豆科植物的葉綠體不存在，甚至個別豆科植物的葉綠體全部遺棄了這些基因。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S511

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2657776