【摘要】：本課題以已測序的兩種楊柳科植物紅皮柳和毛果楊的全基因組數(shù)據(jù)作為研究對象。楊柳科植物除了經歷了真雙子葉共有的全基因組三倍乘(Whole-genome triplication,WGT or Core-eudicot-common hexaploidzation,ECH)事件之外,又經歷了一次楊柳科植物共有的二倍乘(Saliceae whole-genome duplication,SWD)事件。為深入理解多倍化楊柳染色體和基因組的結構與功能演化,選取基因組結構較為古老的葡萄作為參照進行分析。通過物種內與物種間的BLAST比對,找出具有共線性的同源基因對,構建具有可視化分析功能的同源結構點陣圖;對毛果楊、紅皮柳同源結構點陣圖分析,課題推斷出楊柳科植物加倍之前共有8條祖先染色體;通過同源片段的搜索分析以及對多物種間進行基因組聯(lián)合比對,構建以葡萄基因組為參考的多基因組聯(lián)合比對圖譜;結合同源片段數(shù)量的統(tǒng)計,從基因組丟失與保留的角度,分析楊柳科植物的基因組進化過程;并分類統(tǒng)計出了不同事件關聯(lián)的共線性基因集。通過研究發(fā)現(xiàn)紅皮柳經歷SWD后的兩套子基因組的平均共線基因丟失率為73%和77%,而毛果楊僅為69%和71%,紅皮柳的共線基因丟失率顯著高于毛果楊;且紅皮柳SWD后的共線基因保留的數(shù)量為9017個,毛果楊則保留了15173個共線基因,紅皮柳的共線基因保留數(shù)量顯著低于楊樹;紅皮柳最近一次加倍的同源片段的Ks峰值為0.33,毛果楊的Ks峰值僅為0.23,紅皮柳的Ks峰值相對于毛果楊更高;這些數(shù)據(jù)都表明紅皮柳經歷更劇烈的基因變化,即紅皮柳的進化速率很可能快于毛果楊。課題還推斷出了SWD事件發(fā)生的時間大約在25~30個百萬年前,而在SWD后,毛果楊與紅皮柳分化的時間大約在15~20個百萬年前。之后通過基因表達量、基因家族、基因功能GO富集分析等方面,全面比對分析了毛果楊二倍乘之后產生的兩套子基因組,發(fā)現(xiàn)這兩套基因組在基因表達量、基因家族、基因功能幾個層面均無顯著差異,本研究為楊柳祖先為同源多倍體提供了更多證據(jù)。圖17幅;表4個;參52篇。
【學位授予單位】：華北理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q943.2
【圖文】：

可以將 BLAST 搜索到的龐大冗長的共線性結果以可視化的形式展示出來，從而清晰的觀察到物種內或物種間的同源片段以及染色體同源性，初步確定物種有無全基因組加倍事件以及推斷物種染色體斷裂、重排過程。2.1 數(shù)據(jù)材料本課題研究使用雙子葉植物葡萄作為外類群參考，楊柳科中，楊屬植物選取了模式植物毛果楊，柳屬植物選取了測序比較完整的紅皮柳，以毛果楊、紅皮柳全基因組數(shù)據(jù)作為主要研究材料，利用比較基因組學，比對獲得毛果楊、紅皮柳與外類群葡萄基因組之間的共線性關系。圖 1 為楊柳科植物與葡萄的系統(tǒng)發(fā)育樹和基因關系樹，圖中藍色六邊形標記表示所有雙子葉植物所共同經歷的全基因組六倍化事件；即所有的雙子葉都來源于一個共同的六倍體祖先。紅色正方形標記則代表楊柳科植物共有的一次全基因組二倍乘事件，這說明楊柳科植物擁有一個共同的四倍體祖先。

- 10 -圖 2 紅皮柳物種內基因組的同源基因點陣圖Fig.2 Dotplot of Salix sinopurpurea genome homologous genes注:圖中展示的是紅皮柳基因組內同源共線信息;圖中橫軸和縱軸均表示紅皮柳全基因組，紅皮柳的 19 條染色體由左向右、從上到下依次排列;圖中的每一個點表示 BLAST 軟件搜索到的一對同源基因，最好匹配的同源基因對用紅色點標識出來，次好匹配用藍色點標識，其它同源基因對則用灰點標識。在毛果楊基因組內的同源基因點陣圖可以發(fā)現(xiàn)，毛果楊除了經歷了雙子葉共有的三倍乘事件之外，同樣還發(fā)生過一次共有的一次二倍乘事件。如圖 3 所示，紅皮柳的 12 號染色體與自身的 15 號染色體有非常完整的最佳匹配同源片段（紅色片段）；8 號染色體與自身的 10 號染色體同樣擁有非常完整的最佳匹配同源片段，這是毛果楊染色體發(fā)生過一次共有加倍的有力證據(jù)之一。除了 12 號、15 號，8

- 11 -圖 3 毛果楊基因組內同源基因點陣圖Fig.3 Dotplot of Populus trichocarpa genome homologous genes注:圖中展示的是毛果楊基因組內同源共線信息;圖中橫軸和縱軸均表示毛果楊全基因組，毛果楊的 19 條染色體由左向右、從上到下依次排列;圖中的每一個點表示 BLAST 軟件搜索到的一對同源基因，最好匹配的同源基因對用紅色點標識出來，次好匹配用藍色點標識，其它同源基因對則用灰點標識。楊柳科植物總共分為鉆天柳屬、楊屬、柳屬。其中鉆天柳屬是楊柳科最原始的

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

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相關碩士學位論文 前1條

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本文編號：2788966