【摘要】：葡萄科植物物種豐富,分布廣泛,且具有重要的經(jīng)濟價值和觀賞價值。近年來,對葡萄科植物的研究從未停歇。目前,絕大多數(shù)被子植物葉綠體全基因組序列已經(jīng)測定完成。將不同物種葉綠體基因組全序列進行比較以及對4個區(qū)域邊界的差異分析,有助于了解葉綠體基因組序列差異,理解物種之間的進化過程。葉綠體基因組序列因具有較強的保守性和較低的堿基替換率等特點,使其成為系統(tǒng)發(fā)育研究較為理想的數(shù)據(jù)。本研究利用Illumina二代測序技術對葡萄屬11個種葉綠體基因組進行測序,對包括蛇葡萄、垂盆草和煙草在內(nèi)的16個葉綠體基因組進行比較分析,并以葉綠體基因組79個共有的蛋白編碼基因?qū)ζ咸芽?9個種進行系統(tǒng)發(fā)育研究,揭示葡萄科各屬種之間的進化關系。主要研究結(jié)果如下:1.測定和注釋了葡萄屬11個種葉綠體全基因組序列,得到11條完整的葉綠體基因組。葡萄屬葉綠體基因組十分保守,大小為160935-160982 bp;具有典型的四分體結(jié)構(gòu),包含一個大單拷貝區(qū)(LSC,89159-89193 bp),一個小單拷貝區(qū)(SSC,19045-19073 bp)和一對反向重復區(qū)(IRs,26250-26373 bp);含有113個不同的基因(79個蛋白編碼基因,30個tRNA和4個rRNA),此外,注釋了兩個特殊的沒有編碼蛋白功能的基因:ycf15和ycf68,均位于反向重復區(qū);11個種葉綠體基因組GC含量非常相似,約為37.4%;密碼子偏好A和T,尤其是密碼子第二位和第三位,高達61.61%和69.74%;對重復序列和簡單重復序列(SSR)進行了統(tǒng)計分析,為葡萄屬植物的相關研究提供了基礎。2.16個葉綠體基因組全序列比對結(jié)果表明:IR區(qū)域比LSC/SSC區(qū)域更加保守;葡萄屬內(nèi)葉綠體基因組非常保守,葡萄科蛇葡萄屬植物與葡萄屬植物也具有較強的共線性,而與其他被子植物(垂盆草和煙草)具有較大的差異。葡萄屬13個種之間的遺傳距離反映了物種親緣關系的遠近;分別對編碼區(qū)和非編碼區(qū)的核苷酸多態(tài)性(Pi)進行分析,共檢測到10個變異度較高的區(qū)域(psbZ-trnG(UCC),csA-ndhD,atpF-atpH,accD-psaI,ndhF-rpl32,rps15-ycf1,trnK(UUU)-rps16,rpl32,rpl33,atpF),其中3個位于編碼區(qū),其余均位于非編碼區(qū)。四個區(qū)域邊界的比對結(jié)果顯示,基因rps19、ndhF、ycf1、φrps19和φycf1等的大小和分布存在不同程度的差異,這些差異反映了葉綠體基因組的進化過程。3.本研究基于葉綠體基因組79個共有的蛋白編碼基因?qū)ζ咸芽?9個種進行系統(tǒng)發(fā)育研究,以更加全面的數(shù)據(jù)確定和驗證葡萄科各屬種之間的系統(tǒng)進化關系。兩種不同的分析方法(ML和MP)得到了相同的拓撲結(jié)構(gòu),將葡萄科植物分為5個主要的分支(Vitis-Ampelocissus clade,Parthenocissus-Yua clade,core Cissus clade,Cayratia-Cyphostemma-Tetrastigma clade,Ampelopsis-Rhoicissus clade),且每個分支均為單系分支;葡萄屬內(nèi)15個種進一步分為圓葉葡萄亞屬和真葡萄亞屬,而真葡萄亞屬包括歐亞支系和新世界支系。
【圖文】：

圖 1 1986 年至 2018 年 4 月 INSDC 數(shù)據(jù)庫收錄的陸生植物葉綠體基因組數(shù)目Fig.1 Chloroplast genome numbers of land plant doposited in INSDC from 1986 to April, 20181.1.2 葉綠體基因組的基本結(jié)構(gòu)葉綠體是植物細胞內(nèi)具有獨立遺傳物質(zhì)的多功能細胞器，在細胞中表現(xiàn)出多種構(gòu)型，包括：雙鏈環(huán)狀構(gòu)型、D 環(huán)構(gòu)型、線性構(gòu)型和套索狀構(gòu)型等，其中最典型的是結(jié)構(gòu)非常保守的雙鏈環(huán)狀構(gòu)型。葉綠體基因組的結(jié)構(gòu)非常保守：一個小的單拷貝區(qū)域（small single copy region，，SSC）和一個大的單拷貝區(qū)域（large single copy region，LSC），這兩個區(qū)域被一對反向重復序列（inverted repeat region a，IRa 和 inverted repeatregion b，IRb）分隔開，從而形成一種特殊的四分體結(jié)構(gòu)。葉綠體基因組長度隨著物種不同而差異較大，如被子植物葉綠體基因組大小為115-160kb（Cheng et al 2017）。眾多研究表明，葉綠體基因組長度的大小差異主要是由 LSC 和 IR 區(qū)域的不同造成的，受 IR 區(qū)域的收縮和擴張的影響（Asaf et al 2017a，Cheon et al 2017，Yin et al 2017）。大多數(shù)質(zhì)體基因組含有 110-140 個基因，其中約

部分植物材料采集照片
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S663.1

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本文編號：2695602