异源六倍体小麦形成过程中基因组变异和基因表达变化的研究

发布时间：2024-12-11 23:11

　　多倍化是物种形成和进化的重要驱动力之一,异源多倍体形成过程中伴随着广泛的基因组变异以及基因表达变化。普通(面包)小麦(Triticumaestivum)是典型的异源六倍体植物,同时也是研究异源多倍化的模式植物之一。全面系统地研究基因组变异以及基因表达变化有助于阐明异源六倍体小麦的形成和基因组进化机制,并对揭示六倍体小麦形成过程中表型变异的分子基础具有重要意义。为了在全基因组水平分析六倍体小麦形成过程中的基因组变异和表达谱变化,本研究对3套独立的人工合成六倍体小麦及其亲本进行了高通量的外显子组测序和转录组测序,具体结果如下:1、本研究共获得约11亿条高质量的外显子捕获reads。大约3.61%～5.04%的亲本序列在异源六倍体小麦形成过程中发生了丢失,占亲本序列总长度的1.70%～2.45%。六倍体小麦形成过程中序列丢失具有以下规律:(1)D基因组序列丢失程度高于A和B基因组;(2)D基因组外显子区域序列丢失的程度要高于其它区域,并且在染色体上存在丢失热点区域;A和B基因组在基因间区序列丢失比例最高,序列丢失与基因分布呈现相反的趋势;(3)与部分同源序列相似度越高的序列在六倍体小麦形成过程...

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 文献综述
    1.1 多倍体的分类及形成途径
    1.2 异源多倍体形成过程中变异研究
        1.2.1 异源多倍体形成过程中基因组变异研究
        1.2.2 异源多倍体形成过程中表观遗传变异研究
        1.2.3 异源多倍体形成过程中基因表达变化研究
        1.2.4 异源多倍体形成过程中蛋白质水平变异研究
    1.3 普通小麦的起源与进化
        1.3.1 普通小麦亚基因组起源
        1.3.2 普通小麦亚基因不对称性
    1.4 外显子组测序在植物中的应用
        1.4.1 小麦外显子捕获平台的构建
        1.4.2 开发分子标记
        1.4.3 鉴定EMS诱变突变体
        1.4.4 辅助抗病相关基因克隆
        1.4.5 研究物种群体结构以及驯化历程
        1.4.6 小麦全基因组DNA甲基化研究
    1.5 立论依据、研究目标及研究内容
        1.5.1 立论依据
        1.5.2 研究目标及内容
第二章 实验材料和方法
    2.1 供试材料
    2.2 种子消毒和温室幼苗培养
        2.2.1 种子消毒
        2.2.2 种子温室培养条件
    2.3 荧光原位杂交(FISH)分析
        2.3.1 种子预处理
        2.3.2 根尖有丝分裂中期染色体制片
        2.3.3 荧光原位杂交
    2.4 样品基因组DNA提取
    2.5 全基因组外显子捕获及高通量测序
        2.5.1 供试材料取材
        2.5.2 外显子捕获文库构建
        2.5.3 高通量测序
        2.5.4 数据提交
    2.6 总RNA提取
        2.6.1 供试材料取材
        2.6.2 样品总RNA提取
    2.7 RNA-seq文库构建及高通量测序
        2.7.1 样品RNA质量检测
        2.7.2 测序文库构建及高通量测序
        2.7.3 数据提交
    2.8 生物信息学分析
        2.8.1 测序数据质量检测
        2.8.2 低质量测序reads过滤
        2.8.3 外显子组测序亚基因组特异reads鉴定
        2.8.4 六倍体小麦形成过程中亲本丢失序列鉴定
        2.8.5 RNA-seq测序reads与参考基因组比对
        2.8.6 人工合成六倍体小麦与亲本基因差异表达分析
        2.8.7 主成分分析
        2.8.8 非加性表达及部分同源基因表达偏好性分析
        2.8.9 基因本体(Gene Ontology; GO)富集分析
第三章 结果和分析
    3.1 供试材料核型分析
    3.2 高通量外显子组测序
    3.3 参考基因组序列选择
    3.4 外显子捕获效率评估
    3.5 多倍体小麦亚基因组特异reads的鉴定
    3.6 唯一比对reads基因组分布特征分析
    3.7 六倍体小麦形成过程中序列变异分析
        3.7.1 亲本contigs的鉴定及统计分析
        3.7.2 六倍体小麦合成过程中序列丢失分析
        3.7.3 六倍体小麦合成过程中丢失序列相关基因功能分析
    3.8 六倍体小麦形成过程中基因表达变异分析
    3.9 六倍体小麦形成过程中非加性表达模式分析
    3.10 人工合成六倍体小麦部分同源基因表达偏向性分析
第四章 讨论
    4.1 外显子组测序可用于研究六倍体小麦形成过程中伴随的基因组变异
    4.2 小麦异源六倍化过程中亚基因组之间具有不同的序列丢失模式
    4.3 亲缘关系和部分同源序列相似性可能是影响序列丢失的重要因素
    4.4 异源六倍体小麦部分同源基因表达分化主要受顺式作用元件调控
    4.5 异源六倍体小麦形成过程中基因组变异不是引起基因表达变化之间的主要原因
第五章 结论
参考文献
致谢
附录
作者简历



本文编号：4016433