亚麻荠基因组结构与功能进化的信息学研究

发布时间：2021-04-15 01:11

　　亚麻荠是一种新兴油料作物,产油量高,抗旱和抗病能力较强。亚麻荠全基因组测序工作已经完成,这为研究亚麻荠基因组结构和功能进化提供了数据材料。课题以葡萄、模式植物拟南芥以及十字花科芸薹属植物白菜为外类群参考物种,构建了亚麻荠基因组内及基因组间同源基因点阵图,对亚麻荠进行基因组结构同源比较分析,验证了亚麻荠相对于拟南芥经历了一次特有的全基因组三倍乘事件;通过对琴叶拟南芥和亚麻荠染色体的同源结构分析,以端粒为核心的染色体重排理论为基础,推断出含有7条染色体的亚麻荠加倍前二倍体祖先染色体核型及其形成过程,并重构了现代亚麻荠染色体的演化路径,整个过程涉及到2次染色体融合;搜寻了基因组内和基因组间共线性片段,分别构建了以葡萄和琴叶拟南芥为参考的共线性列表,绘制了多基因组同源联合比对图谱及多基因组局部同源共线性图谱,并根据共线性列表对亚麻荠基因组进行同源基因保留丢失分析,发现亚麻荠Cs-G1、Cs-G2和Cs-G3子基因组基因保留水平相差很小;在亚麻荠基因组中鉴定出1675个油脂代谢相关基因,发现其中1411个基因是由亚麻荠特有的三倍乘事件产生的,83个基因是由加倍后串联重复产生的,鉴定并分析了在脂肪... 

【文章来源】：华北理工大学河北省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

亚麻荠系统发育树

-5-基矗植物基因组广泛受到多倍化的影响，基因组结构变的十分复杂，比较基因组学是解析植物基因组一个强有力的工具。比较基因组学通过对基因序列和基因组结构相似性和差异性的比较，来研究基因的相关功能和判断物种亲缘及进化关系的远近[27]，这对于研究物种起源分化有着重要的意义。同源基因是比较基因组学中重要的一个概念。物种在进化过程中，由于受到环境和自身遗传突变的影响，物种会发生分歧，分化成为两个或多个物种，分化前祖先物种中的基因被称为祖先基因，祖先基因随着物种分化，同时存在于分化后的物种中，那么这样一对由祖先基因分化而来，存在于分化后不同物种中的基因，称为直系同源基因。物种在发生全基因组加倍后，基因会产生自身的拷贝，那么这样在一个物种中通过多倍化而产生的基因对，称为旁系同源基因[28]。如图2所示，祖先A基因组经历了一次全基因加倍事件，A基因组加倍生成A’基因组，此时加倍后祖先基因组组成为AA’基因组。随后加倍后祖先分化成两个物种specie1和specie2，A1和A2或A’1和A’2源于同一个祖先的分化，是物种间直系同源基因的关系；A1和A’1或A2和A’2源于祖先的加倍复制，是物种内旁系同源基因的关系，A1和A’2或A2和A’1源于祖先加倍后分化，是物种间旁系同源的关系。图2直系与种内种外旁系示意图注：ortholog代表物种间直系同源；in-paralog代表种类旁系同源；out-paralog代表种外旁系同源；红色四角形代表全基因组加倍事件。基因之间的同源性往往是根据基因序列之间的相似性来确定的。BLAST（Basic

-7-图3基因共线性示意图注：横线代表一段染色体片段；彩色方块代表染色体上不同的基因；彩色方块间的连线代表这些基因之间具有共线性。1.2.3染色体核型进化理论植物基因组往往经历了多次，反复的全基因组加倍事件，但染色体数目的变化趋势却不遵循全基因组加倍的规律。双子叶植物祖先发生了一次ECH事件，之后葡萄相对于双子叶植物祖先，没有继续发生其他多倍化事件；蔷薇科祖先经历了ECH事件后，该科物种苹果（Malusdomestica）又发生了一次全基因加倍乘件；十字花科祖先经历了ECH三倍乘事件后，又发生了两次十字花科共有的全基因组加倍事件BCD-β和BCD-α（Brassicaceaecommonduplication，BCD）[35]，随之分化出拟南芥等物种；之后十字花科芸薹属又发生了一次共有的全基因组三倍乘（Brassicacommonhexaploidy，BCH）事件，芸薹属代表物种有白菜、甘蓝（Brassicaoleracea）和油菜（Brassicanapus）等。如表2所示，葡萄、苹果、拟南芥和白菜相对于有着7对染色体的双子叶祖先分别发生了1~4次多倍化事件，理论上染色体对数目应该分别是21、42、84和252，可实际上它们的染色体数分别为19、17、5和10。


本文编号：3138369