發(fā)布時(shí)間：2020-08-20 23:01

【摘要】：葉綠體是維持植物生命活動(dòng)的重要細(xì)胞器,為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量保障,在植物漫長(zhǎng)進(jìn)化中發(fā)揮了不可替代的作用。中醫(yī)藥是中華名族的瑰寶,中藥材品質(zhì)直接影響中醫(yī)藥的傳承與發(fā)展,尤其是道地藥材摻雜使假,嚴(yán)重降低了中藥材的療效,阻礙了中醫(yī)藥的發(fā)展。葉綠體基因組因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與進(jìn)化保守性,被廣泛應(yīng)用在基因工程,系統(tǒng)進(jìn)化以及物種鑒別中。然而大多數(shù)中藥材葉綠體全基因組測(cè)序還沒(méi)有完成,限制了應(yīng)用葉綠體基因組鑒別中藥材真?zhèn)蔚陌l(fā)展。本文開(kāi)展 了薄荷(Mentha haplocalyx Briq.),白毛夏枯草(Ajuga decumbens Thunb.)和活血丹(Glechoma longituba(Nakai)Kupr)三種常用唇形科藥用植物葉綠體基因組研究,不僅豐富了該科物種的遺傳數(shù)據(jù)信息,為系統(tǒng)進(jìn)化分析提供了重要的科學(xué)依據(jù),更為中藥材的鑒別奠定了基礎(chǔ)。本課題分離純化薄荷,白毛夏枯草和活血丹三種唇形科藥用植物的葉綠體DNA,利用二代測(cè)序技術(shù),并通過(guò)生物信息學(xué)方法獲得了三種植物的葉綠體全基因組序列,分析其序列結(jié)構(gòu)特征,并與唇形科其他物種的葉綠體基因組進(jìn)行了比較與進(jìn)化分析,主要結(jié)果如下:(1)薄荷,白毛夏枯草,活血丹的葉綠體基因組長(zhǎng)度分別為152,050 bp,150,377 bp和151,768 bp,且均具有雙鏈環(huán)狀四部分結(jié)構(gòu),即一對(duì)反向重復(fù)(Inverted Repeat,IR)將大單拷貝(Large Single Copy,LSC)和小單拷貝(Small SingleCopy,SSC)分開(kāi)。三種植物的葉綠體基因組具有相似的基因內(nèi)容及順序,編碼了 80個(gè)蛋白編碼基因,30個(gè)tRNA基因和4個(gè)rRNA基因。本課題進(jìn)一步分析了三種植物各區(qū)域堿基組成,密碼子偏好性以及簡(jiǎn)單序列重復(fù)等特征,對(duì)最優(yōu)密碼子設(shè)計(jì)、分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)具有重要價(jià)值。(2)結(jié)合NCBI上已有的葉綠體全基因組序列,在唇形科中進(jìn)行了比較分析。通過(guò)序列間差異性分析,得到IR和蛋白編碼區(qū)在進(jìn)化過(guò)程中具有更強(qiáng)的保守性,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一些高可變區(qū)域,可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)作為潛在的分子標(biāo)記。在唇形科中搜索保守的small inversion(SI)結(jié)構(gòu),得到了兩個(gè)SI并預(yù)測(cè)其發(fā)夾結(jié)構(gòu)。通過(guò)計(jì)算同義替換率與錯(cuò)義替換率的比值,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)基因在進(jìn)化過(guò)程中都受到純化選擇的壓力。(3)分別使用最大簡(jiǎn)約分析,最大似然分析和貝葉斯分析,利用80個(gè)蛋白編碼基因重構(gòu)唇形科內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系。三種分析方法得到了相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)且大部分節(jié)點(diǎn)具有較高的支持率。本課題新報(bào)道的三種植物在進(jìn)化樹(shù)中的位置均被強(qiáng)烈支持,且與傳統(tǒng)分類(lèi)學(xué)結(jié)果相符。本課題首次報(bào)道了三種唇形科藥用植物葉綠體全基因組,不僅豐富了藥用植物的遺傳數(shù)據(jù)信息,還為藥用植物的鑒定與DNA條形碼的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),本課題進(jìn)一步完善了唇形科葉綠體基因組數(shù)據(jù),利用生物信息學(xué)方法分析比較唇形科葉綠體基因組,并重構(gòu)唇形科內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系,對(duì)唇形科植物分子生物學(xué)研究具有重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S567;Q943.2
【圖文】：

１．１．２葉綠體基因組的序列結(jié)構(gòu)特征逡逑在真核生物中，除了細(xì)胞核內(nèi)包含大量的ＤＮＡ之外，還有兩種細(xì)胞器攜帶逡逑遺傳物質(zhì)，即線粒體和葉綠體。葉綠體作為一種半自主細(xì)胞器，自身具有遺傳物逡逑質(zhì)一一葉綠體基因組，也稱(chēng)葉綠體ＤＮＡ，它們能夠進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)錄并參與表達(dá)。逡逑對(duì)葉綠體基因俎的研究始于上世紀(jì)５０年代，大量細(xì)胞化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，葉綠逡逑

圖２－１文庫(kù)構(gòu)建主要流程逡逑基因組的生物信息分析方法逡逑息學(xué)分析方法主要利用軟件，結(jié)合腳本撰寫(xiě)，完成序列組分析，進(jìn)化分析等任務(wù)。本課題用到的主要軟件有ＳＯＡｕａｌ邋ＯｒｇａｎｅｌｌａｒＧｅｎｏＭｅ邋Ａｎｎｏｔａｔｏｒ），邋Ｂｉｏｅｄｉｔ，邋ＭＥＧＡ，邋ＤｎａＳＰｌＨＰＣ，邋ＭｒＢａｙｅｓ邋等。逡逑基因組的組裝逡逑基因組的組裝是將原始的下機(jī)序列還原成原始葉綠體全ｕｒｎｍａ的下機(jī)讀長(zhǎng)較短為１０１邋ｂｐ，且隨機(jī)打斷，位置信息據(jù)預(yù)處理、Ｃｏｎｔｉｇ邋（重疊群）拼接、Ｃｏｎｔｉｇ定位、補(bǔ)洞４

使用Ｂｌａｓｔｚ［７３］將選取的Ｃｏｎｔｉｇ映射到參考序列上，得到每條Ｃｏｎｔｉｇ的位置逡逑信息以及方向信息，這樣所有的Ｃｏｎｔｉｇ可以按照確定的位置，以及確定的方向逡逑依次排列，如圖２－２所示。逡逑５’邐Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ邐３’逡逑Ｃｏｎｔｉｇｌ邐丫邋Ｃｏｎｔｉｇ２邋＇邋Ｖ邐Ｃｏｎ，ｉ８３邐邐邐逡逑ｇａｐｌ邐ｅａｐ２邐ｏｖｅｒｌａｐ邐Ｃｏｎｔｉｇ４逡逑圖２－２使用Ｂｌａｓｔｚ定位Ｃｏｎｔｉｇ示意圖。Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ序列默認(rèn)為５’至３’方向。圖中箭頭代表逡逑Ｃｏｎｔｉｇ比對(duì)到參考序列的方向，ｇａｐ表示Ｃｏｎｔｉｇ之間有未知序列，紅色區(qū)域代表兩段Ｃｏｎｔｉｇ逡逑有重疊部分，即可以相互拼接。逡逑（４）

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本文編號(hào)：2798551