【摘要】：ITS2是植物物種鑒定的核心條形碼,也是系統(tǒng)發(fā)育分析最常用的基因之一,在藥用植物鑒定和保護、入侵物種的防治等領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。因此,充分和正確使用其遺傳信息至關(guān)重要。ITS2轉(zhuǎn)錄后以“一環(huán)四臂”的二級結(jié)構(gòu)參與核糖體的組裝過程,由于功能約束,它在整個真核生物界都十分保守。在功能與高級結(jié)構(gòu)聯(lián)系更加密切的前提下,其功能約束下的進化模式及其潛在的系統(tǒng)發(fā)育意義目前依然不夠清晰。因此本研究(1)首先分別從大類群(門)、目、科和屬不同類群進化框架下,通過拆分計數(shù)、序列比對、堿基定位、形狀量化等方法從二級結(jié)構(gòu)的各部位組成、堿基配對頻率、保守序列位置、及結(jié)構(gòu)形狀的保守性幾個方面探索ITS2二級結(jié)構(gòu)的進化是否具有方向性和相應(yīng)的規(guī)律。(2)為找到ITS2二級結(jié)構(gòu)在進化中表現(xiàn)出的保守性和變化性的內(nèi)在動力,本文還利用PHASE工具包的mcmcphase功能對二級結(jié)構(gòu)堿基和配對的替換過程和特點進行了追蹤和統(tǒng)計,最終得出以下結(jié)論:ITS2二級結(jié)構(gòu)保守性:(1)在已知的ITS2二級結(jié)構(gòu)共性的基礎(chǔ)上,對植物類群中該結(jié)構(gòu)的保守性特點有新的發(fā)現(xiàn):ITS2堿基的GC含量高(61.26%),整體GCUA;在不同區(qū)域,CG含量有一定的偏好:配對區(qū)的GC含量為(69.88%),遠高于非配對區(qū)的CG含量(46.54%);在以配對為主的區(qū)域里,鳥嘌呤G的含量明顯偏高,而腺嘌呤A的含量明顯偏低,非配對區(qū)則相反,尿嘧啶U和堿基C的含量在不同的區(qū)域比較恒定;在不同的組成部分中,嘌呤數(shù)和嘧啶數(shù)均占50%左右;比對后,ITS2核酸序列中的保守序列區(qū)域(conserved subsequences)與二級結(jié)構(gòu)的位置有關(guān)。ITS2二級結(jié)構(gòu)變化性:(2)首次對ITS2二級結(jié)構(gòu)在不同階元的進化方式進行了探索,發(fā)現(xiàn)無論取樣分類水平的高低,ITS2二級結(jié)構(gòu)在發(fā)揮正常功能的前提下,變異并未隨著類群的進化表現(xiàn)出明顯的方向性。這說明了從綠藻到被子植物的進化過程中,ITS2的某些區(qū)域受到強烈的功能約束,另一些區(qū)域顯現(xiàn)變化的多樣性。(3)遺傳距離對ITS2的一致性結(jié)構(gòu)影響較大。ITS2—致性二級結(jié)構(gòu)隨著取樣矩陣序列間親緣關(guān)系遠近呈現(xiàn)出不同的變化:各統(tǒng)計數(shù)值的離散程度逐漸變小;在屬階元,ITS2二級結(jié)構(gòu)的變異程度與核酸序列的變異程度有更為明顯的正相關(guān)。而在更高的階元,這種相關(guān)性變得不明顯。此結(jié)果對利用ITS2二級結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)發(fā)生重建工作具有參考意義。ITS2二級結(jié)構(gòu)進化的本質(zhì)特點:(4)在功能約束下,ITS2序列配對區(qū)域和非配對區(qū)域的堿基和配對的替換方式有差異,非配對的堿基替換符合常用的REV堿基替換模型,而配對區(qū)的堿基組成和堿基對的替換方式更多是朝維持二級結(jié)構(gòu)熱力學穩(wěn)定的方向進行。(5)我們選取紫堇屬(Coryaiote)延胡索組(C.sect.Corydalis)進行了密集取樣和ITS2克隆測序以探索在二級結(jié)構(gòu)配對區(qū)補償堿基替換(CBC)的過程。由于中間過渡堿基對(GU)的不穩(wěn)定性,CBC的進化過程在具體的類群中很難被發(fā)現(xiàn),其變異規(guī)律和系統(tǒng)學價值尚不清晰。本研究證實了 CBC在類群中的完整的進化過程(GC→GU→AU)分兩步進行,在此基礎(chǔ)之上,我們進一步證明了CBC在物種界定和分類學中的價值。與前人在深層系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究上的研究結(jié)果不同,我們發(fā)現(xiàn)CBC并未顯著影響構(gòu)建正確的近緣類群系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。通過上述結(jié)果,本文建議在利用各種方法使用ITS2二級結(jié)構(gòu)信息的過程謹慎對待科以上的階元或遠的親緣關(guān)系;同時,本研究將加深人們對二級結(jié)構(gòu)本身和其進化特點的認識,從而為更好地利用二級結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q941
【圖文】：

及基于序列比較分析（ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋）［１７］等方法確定，幾乎在整個真核逡逑生物界，該序列都有一個共同的結(jié)構(gòu)模型，即“一環(huán)四臂”模型�！耙画h(huán)”指未配對的環(huán)區(qū)逡逑部分，“四臂”指的是四條配對堿基組成的螺旋區(qū)，分別記為螺旋Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ邋（圖１－２）。逡逑１９９７年Ｊｏｓｅｐｈ等在綠藻及有花植物１９９９年Ｍａｉ等在脊椎動物及酵母中均分別逡逑７逡逑

發(fā)揮從而作為一種有害的突變被選擇掉＿。若有害性強，則Ｇ邋Ｕ中間體無法得到保留，逡逑因此必須一步完成兩次突變，新的配對才能得以保留，支持一步法。若ＧＵ中間體不逡逑是有害突變，則可以在種群中保留，直到下一次突變發(fā)生，完成一個ＣＢＣ。如圖１－３。逡逑邐（１）邐逡逑《Ｉ邐１………：：邐：！……N…………逡逑））邐？？？？邋？？邋？■邋Ｉ邋＃rPィrP惝rP。rP澹粒叮rP桑rP輳X杠3?！邋＼邐Ｖ＃邋ｉ邋ｉ邋＇邋ｉ逡逑ＩＩ邐）［邐邋ｊ邋［邋Ｇ－Ｃ邐ｈ逡逑Ｋ邐！邐0ｈＡ邋Ｍ邐Ｉ邋ｊ邋ｔｌ－Ａ邋Ｉ逡逑｝）邐Ｉ邐Ｇ－Ｇ邐！邐！邐ｅ－Ｇ邐！邋！邐＃rP叮蓿X�。]3Y徙PǎX富P牽rP齲椋rP椋rP牽rP停歟rP歟rP牽rP粒rP輳]3?１１１邐！邐Ｃ＝Ｇ邐ｉ邐１邐Ｃ－Ｇ邐Ｍ邐ｃ＝６邐ｉ逡逑＾邐ｉ邐６“ｃ邐ｉ邐丨邐Ｇ”Ｃ邐ｉ邋ｉ邐Ｇ邋Ｃ邐；逡逑圖１－３模擬兩種ＣＢＣ在種群中形成過程的模式圖。（丨）代表一步法堿基替換在種逡逑群中固定的模式圖；（２）代表二步法在種群中固定的模式圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｏｄｅｌ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＣＢＣ邋ｉｎ邋ｔｈｅ逡逑ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ．邋（１）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａｎ邋ｏｎｅ－ｓｔｅｐ邋ＣＢＣ；邋（２）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａ邋ｔｗｏ－ｓｔｅｐ邋ＣＢＣ．逡逑１３逡逑

發(fā)揮從而作為一種有害的突變被選擇掉＿。若有害性強，則Ｇ邋Ｕ中間體無法得到保留，逡逑因此必須一步完成兩次突變，新的配對才能得以保留，支持一步法。若ＧＵ中間體不逡逑是有害突變，則可以在種群中保留，直到下一次突變發(fā)生，完成一個ＣＢＣ。如圖１－３。逡逑邐（１）邐逡逑《Ｉ邐１………：：邐：！……N…………逡逑））邐？？？？邋？？邋？■邋Ｉ邋＃rPィrP惝rP。rP澹粒叮rP桑rP輳X杠3?！邋＼邐Ｖ＃邋ｉ邋ｉ邋＇邋ｉ逡逑ＩＩ邐）［邐邋ｊ邋［邋Ｇ－Ｃ邐ｈ逡逑Ｋ邐！邐0ｈＡ邋Ｍ邐Ｉ邋ｊ邋ｔｌ－Ａ邋Ｉ逡逑｝）邐Ｉ邐Ｇ－Ｇ邐！邐！邐ｅ－Ｇ邐！邋！邐＃rP叮蓿X�。]3Y徙PǎX富P牽rP齲椋rP椋rP牽rP停歟rP歟rP牽rP粒rP輳]3?１１１邐！邐Ｃ＝Ｇ邐ｉ邐１邐Ｃ－Ｇ邐Ｍ邐ｃ＝６邐ｉ逡逑＾邐ｉ邐６“ｃ邐ｉ邐丨邐Ｇ”Ｃ邐ｉ邋ｉ邐Ｇ邋Ｃ邐；逡逑圖１－３模擬兩種ＣＢＣ在種群中形成過程的模式圖。（丨）代表一步法堿基替換在種逡逑群中固定的模式圖；（２）代表二步法在種群中固定的模式圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｏｄｅｌ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＣＢＣ邋ｉｎ邋ｔｈｅ逡逑ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ．邋（１）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａｎ邋ｏｎｅ－ｓｔｅｐ邋ＣＢＣ；邋（２）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａ邋ｔｗｏ－ｓｔｅｐ邋ＣＢＣ．逡逑１３逡逑

本文編號：2793303