【摘要】：銀杏(Ginkgo biloba L.)屬裸子植物,是銀杏科唯一保存下來的樹種,具有重要的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及科研價值。銀杏在進(jìn)化中的特殊地位,使其在植物分類學(xué)、系統(tǒng)進(jìn)化、形態(tài)解剖及生物學(xué)等方面具有重要的研究價值。銀杏經(jīng)過漫長的歷史進(jìn)化及人為干預(yù),發(fā)生了一些變異,形成了許多不同的品種。垂乳銀杏作為銀杏家族中重要的特異種質(zhì),能夠在其樹干、主枝或根莖交界處著生垂乳,其具有的克隆更新及營養(yǎng)儲存的功能對于銀杏物種的保存有重要意義,已成為許多生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、林學(xué)等諸多學(xué)者研究的對象,具有重要的科研及觀賞價值。目前,關(guān)于銀杏垂乳的研究主要集中在形態(tài)觀察、發(fā)育解剖、組織化學(xué)等方面,中國垂乳銀杏種質(zhì)資源豐富,但其資源分布特點及發(fā)生的分子機(jī)制尚未見報道。本研究對全國垂乳銀杏資源和分布特點、垂乳銀杏與環(huán)境因子的關(guān)系,垂乳銀杏的生長特性和再生特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。在前期調(diào)查基礎(chǔ)上,選取兩個發(fā)育時期的根生垂乳進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組(RNA-seq)測序,分析其轉(zhuǎn)錄組信息及差異表達(dá)基因,探討與銀杏垂乳發(fā)生相關(guān)的基因,并利用qRT-PCR技術(shù)對隨機(jī)挑選的差異表達(dá)基因進(jìn)行驗證,研究結(jié)果為理解銀杏垂乳的發(fā)生機(jī)制提供了理論基礎(chǔ),豐富了銀杏的遺傳信息。本研究的主要結(jié)果如下:(1)調(diào)查了348株中國垂乳銀杏,分布在中東部的19個省份,以西南地區(qū)的貴州、云南、四川和重慶為集中分布區(qū),共236株,占總株數(shù)的67.82%,其中雌株271株,占80.18%。樹高集中在10-40 m,胸徑1.0-3.0 m,年齡100-2 000 a,平均冠幅10-30 m。垂乳一般呈圓柱或圓錐狀,著生于樹枝、樹干或根莖交界處,分別被稱為枝生垂乳、干生垂乳和根生垂乳,垂直向下生長,其被切割后,可以再生大量的垂乳;在年均溫14-16℃、年均日照時數(shù)1000-2500h和年降水量1100-1400mm的氣候類型下垂乳銀杏發(fā)生較多。(2)利用銀杏根生垂乳組織樣品(ch1和ch2)及對照樣品(ck)建立了9個cDNA文庫,并利用Illumina Hiseq 4000測序平臺首次對其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,共獲得57.74G Clean Bases,ch1樣本140,017,690條clean reads,ch2樣本137,880,834條clean reads,ck樣本135,427,810條clean reads,GC含量大于41%,Q30值都在96.9%以上。用Trinity軟件對所有的clean reads進(jìn)行從頭組裝,共組裝了68,277條unigene,平均長度844bp。為了評估組裝的有效性,利用Bowtie2軟件將文庫的reads與組裝轉(zhuǎn)錄組序列比對,有390,849,371條reads(94.56%)能比對上,說明組裝的可靠性較高。(3)將組裝得到的Unigene序列與NR,NT,UniProt,eggNOG,COG,GO,和KEGG等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對,有35,139條unigenes(51.47%)至少在一個數(shù)據(jù)庫中得到注釋。23,258條unigenes注釋到GO數(shù)據(jù)庫中的生物學(xué)進(jìn)程、細(xì)胞組分和分子功能3個大類中的67個小類,大部分的unigenes被注釋到細(xì)胞部分、細(xì)胞進(jìn)程、代謝過程、蛋白結(jié)合和催化活性。有12,949條unigenes被注釋到COG數(shù)據(jù)庫中的25個分類中,其中注釋到一般功能預(yù)測的unigenes數(shù)量最多,共有1727條unigenes,占13.34%,其次是復(fù)制、重組和修復(fù),有1102條unigenes,占8.51%,翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物合成,有1087條unigenes,占8.39%,翻譯后修飾、蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和分子伴侶,有1008條unigenes,占7.78%。在轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)939個SSR位點,發(fā)生頻率為1.38%,二核苷酸和三核苷酸重復(fù)類型是垂乳銀杏SSR的優(yōu)勢重復(fù)基元類型。(4)對差異表達(dá)基因進(jìn)行GO富集分析,較多的基因富集在細(xì)胞部分、細(xì)胞進(jìn)程和蛋白結(jié)合,其中有接近200條unigenes與生長素活動相關(guān),有超過600條unigenes與細(xì)胞周期相關(guān)。在KEGG數(shù)據(jù)庫中,ch1 vs.ck的差異基因注釋到198個代謝或信號通路,ch2 vs.ck的差異表達(dá)基因注釋到254個代謝或信號通路,其中最富集的通路是核糖體、肌動蛋白骨架調(diào)節(jié)和細(xì)胞周期。在ch1比對ck的差異表達(dá)基因中,預(yù)測出50個轉(zhuǎn)錄因子家族。在ch2比對ck的差異表達(dá)基因中,預(yù)測出55個轉(zhuǎn)錄因子家族。(5)通過對銀杏垂乳發(fā)生過程的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)參與生長素活動、淀粉、脂類合成和細(xì)胞周期等相關(guān)基因及部分轉(zhuǎn)錄因子家族如bHLH、B3、MYB和ERF等可能參與銀杏垂乳發(fā)生,利用qRT-PCR技術(shù)對隨機(jī)挑選差異表達(dá)基因進(jìn)行檢測,表明了轉(zhuǎn)錄組測序的準(zhǔn)確性和有效性。本次研究獲得的這些數(shù)據(jù)也為銀杏分子和遺傳的進(jìn)一步研究提供了豐富的資源。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S792.95

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2254340