基于基因组水平的野生大豆根瘤菌多样性与进化研究
发布时间：2021-03-23 05:37
野生大豆是栽培大豆的野生近源种,具有较高的遗传多样性,可为栽培大豆的育种提供优良的基因资源。与野生大豆共生的根瘤菌是否具有也比栽培大豆共生的根瘤菌较高的遗传多样性?他们之间的系统发育和进化关系有何联系?目前,针对近缘宿主的共生菌进化关系的研究涉及很少。因此,本研究在基因组水平上,以栽培大豆根瘤菌为对照,通过测定和分析野生大豆根瘤菌基因组,首先,比较野生大豆和大豆根瘤菌的进化趋势和方向,其次,对野生大豆非共生细菌Agrobacterium和Rhizobium进行系统发育和共生基因分析,从而为阐明野生大豆和栽培大豆根瘤菌的进化关系提供理论依据,同时能够帮助我们了解根瘤中不致病、共生菌及其近缘致病菌之间的进化关系。研究结果如下:1.以分离自西北地区的30株野生大豆根瘤菌和27株参比菌株为研究对象,对野生大豆和栽培大豆根瘤菌进行16S rRNA基因、MLSA、ANI、DDH和核心基因序列等进行系统发育分析,并通过泛基因组与COG数据库聚类分析,研究了不同类别的菌株富集的同源基因。结果显示,基于基因组的ANI、DDH和核心基因构建的系统发育树均一致,与16S rRNA基因和MLSA分析方法相比,...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
7株根瘤菌基因组大小、CDS数量和GC含量的三维图
22 基于基因组水平的野生大豆根瘤菌多样性与进化研究值，从红色到蓝色渐变代表了 ANI 和 DDH 值由高到低的变化。Fig 2-3 Heatmap of 57 rhizobia strains ANI（A） and DDH（B） value.The color of the squares in thefigure indicates different values of ANI and DDH. Gradations from red to blue represent high to lowchanges in ANI and DDH values.2.3.4 泛基因组学分析对 57 株根瘤菌基因组进行分析，结果发现共有 58957 个基因，核心基因组（即所有分析的菌株基因组中都含有的基因）共包含 618 个核心基因，其中 183 个基因为单拷贝。根据这 183 个单拷贝核心基因构建系统发育树（图 2-4），该系统发育树是基于基因差异构建的层次聚类树，相对来说具有更高的灵敏度，菌株之间在系统发育上的的细微差别可以得到有效的反应。从核心基因系统发育树上可以看出，树拓扑结构与ANI 和 DDH 值的聚类树基本一致，也是 57 株根瘤菌划分为 28 个类群，类群的划分与 ANI 划分的类群一致。
图 2-5 结瘤基因与固氮基因在菌株中的存在情况，红色代表存在，蓝色代表不存在，方格中的颜色深浅代表该基因在菌株中的存在数量，右侧为基因名，下方为菌株名。（A）结瘤基因在菌株中的分布；（B）固氮基因在菌株中的分布。Fig 2-5 Presence of nodulation genes and nitrogen fixation genes in strains. Presence and absence of eachgene are indicated in red and blue, color depth in the grid represents the number of genes present in thestrain. The gene name is on the right and the strain name is below.2.4 讨论16S rRNA 基因常用于确定菌株的种属和系统发育关系，但由于 16S rRNA 基因在区分两个相似性很高的近缘菌种或亚种时会引起偏差，因此引入全基因组的分析方法，有利于完善分类结果，进一步确定菌株间的系统发育关系。本研究通过根据对 57 株根瘤菌基因组的 16S rRNA、ANI、DDH 和核心基因进行分析，确定了 57 株根瘤菌间的系统发育关系和分类地位。通过 16S rRNA 基因序列分析，57 株根瘤菌可以分成三个群，群 I 由 Rhizobium和 Agrobacterium 菌株组成，群 II 由中华根瘤菌 Sinorhizobium 菌株组成，群 III 由慢生
【参考文献】：
期刊论文
[1]野生种质拓宽中国大豆遗传基础的SSR标记分析[J]. 吕祝章,张娜,邱丽娟. 四川农业大学学报. 2017(01)
[2]大豆共生固氮在农业减肥增效中的贡献及应用潜力[J]. 李欣欣,许锐能,廖红. 大豆科学. 2016(04)
[3]根瘤菌分类的新进展[J]. 蒲强,谭志远,彭桂香,李永涛,刘丽辉,张海春,曹禺. 微生物学通报. 2016(03)
[4]中国栽培及野生大豆的遗传多样性、地理分化和演化关系研究[J]. 文自翔,赵团结,丁艳来,盖钧镒. 科学通报. 2009(21)
[5]野生大豆在大豆育种中的应用[J]. 马晓萍,杨光宇,杨振宇,王洋,陈健. 作物研究. 2009(01)
[6]中国野生大豆的遗传多样性和生态特异性分析[J]. 丁艳来,赵团结,盖钧镒. 生物多样性. 2008(02)
[7]慢生根瘤菌属结瘤基因的进化及遗传分析[J]. 侯卫国,连宾. 遗传. 2007(01)
[8]根瘤菌-豆科植物共生多样性与地理环境的关系[J]. 陈文新,汪恩涛,陈文峰. 中国农业科学. 2004(01)
博士论文
[1]中国两个生态区菜豆根瘤菌系统发育与群体结构研究[D]. 曹莹.西北农林科技大学 2015
[2]大豆慢生根瘤菌分子进化学分析及土著大豆根瘤菌生物地理分布的高通量研究[D]. 张星星.中国农业大学 2014
[3]新疆鹰嘴豆根瘤菌的生物学特征研究[D]. 张俊杰.中国农业大学 2013
本文编号：3095242
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
7株根瘤菌基因组大小、CDS数量和GC含量的三维图
22 基于基因组水平的野生大豆根瘤菌多样性与进化研究值，从红色到蓝色渐变代表了 ANI 和 DDH 值由高到低的变化。Fig 2-3 Heatmap of 57 rhizobia strains ANI（A） and DDH（B） value.The color of the squares in thefigure indicates different values of ANI and DDH. Gradations from red to blue represent high to lowchanges in ANI and DDH values.2.3.4 泛基因组学分析对 57 株根瘤菌基因组进行分析，结果发现共有 58957 个基因，核心基因组（即所有分析的菌株基因组中都含有的基因）共包含 618 个核心基因，其中 183 个基因为单拷贝。根据这 183 个单拷贝核心基因构建系统发育树（图 2-4），该系统发育树是基于基因差异构建的层次聚类树，相对来说具有更高的灵敏度，菌株之间在系统发育上的的细微差别可以得到有效的反应。从核心基因系统发育树上可以看出，树拓扑结构与ANI 和 DDH 值的聚类树基本一致，也是 57 株根瘤菌划分为 28 个类群，类群的划分与 ANI 划分的类群一致。
图 2-5 结瘤基因与固氮基因在菌株中的存在情况，红色代表存在，蓝色代表不存在，方格中的颜色深浅代表该基因在菌株中的存在数量，右侧为基因名，下方为菌株名。（A）结瘤基因在菌株中的分布；（B）固氮基因在菌株中的分布。Fig 2-5 Presence of nodulation genes and nitrogen fixation genes in strains. Presence and absence of eachgene are indicated in red and blue, color depth in the grid represents the number of genes present in thestrain. The gene name is on the right and the strain name is below.2.4 讨论16S rRNA 基因常用于确定菌株的种属和系统发育关系，但由于 16S rRNA 基因在区分两个相似性很高的近缘菌种或亚种时会引起偏差，因此引入全基因组的分析方法，有利于完善分类结果，进一步确定菌株间的系统发育关系。本研究通过根据对 57 株根瘤菌基因组的 16S rRNA、ANI、DDH 和核心基因进行分析，确定了 57 株根瘤菌间的系统发育关系和分类地位。通过 16S rRNA 基因序列分析，57 株根瘤菌可以分成三个群，群 I 由 Rhizobium和 Agrobacterium 菌株组成，群 II 由中华根瘤菌 Sinorhizobium 菌株组成，群 III 由慢生
【参考文献】：
期刊论文
[1]野生种质拓宽中国大豆遗传基础的SSR标记分析[J]. 吕祝章,张娜,邱丽娟. 四川农业大学学报. 2017(01)
[2]大豆共生固氮在农业减肥增效中的贡献及应用潜力[J]. 李欣欣,许锐能,廖红. 大豆科学. 2016(04)
[3]根瘤菌分类的新进展[J]. 蒲强,谭志远,彭桂香,李永涛,刘丽辉,张海春,曹禺. 微生物学通报. 2016(03)
[4]中国栽培及野生大豆的遗传多样性、地理分化和演化关系研究[J]. 文自翔,赵团结,丁艳来,盖钧镒. 科学通报. 2009(21)
[5]野生大豆在大豆育种中的应用[J]. 马晓萍,杨光宇,杨振宇,王洋,陈健. 作物研究. 2009(01)
[6]中国野生大豆的遗传多样性和生态特异性分析[J]. 丁艳来,赵团结,盖钧镒. 生物多样性. 2008(02)
[7]慢生根瘤菌属结瘤基因的进化及遗传分析[J]. 侯卫国,连宾. 遗传. 2007(01)
[8]根瘤菌-豆科植物共生多样性与地理环境的关系[J]. 陈文新,汪恩涛,陈文峰. 中国农业科学. 2004(01)
博士论文
[1]中国两个生态区菜豆根瘤菌系统发育与群体结构研究[D]. 曹莹.西北农林科技大学 2015
[2]大豆慢生根瘤菌分子进化学分析及土著大豆根瘤菌生物地理分布的高通量研究[D]. 张星星.中国农业大学 2014
[3]新疆鹰嘴豆根瘤菌的生物学特征研究[D]. 张俊杰.中国农业大学 2013
本文编号：3095242
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