基于转录组测序的不同种源玫瑰（Rosa rugosa）群体遗传分化初步研究

发布时间：2020-11-03 08:06

　　 野生玫瑰(Rosa rugosa)是温带沙质海岸灌丛植被的建群种,也是油用和观赏玫瑰育种的重要种质资源。上世纪90年代以来,中国野生玫瑰分布区持续缩小和破碎化,被列入中国二级濒危保护植物名录。然而,从东亚引种至欧洲的玫瑰在18世纪初逃逸到野生环境后陆续被北海和波罗的海周边国家列为入侵物种。基于转录组测序,研究同地栽培条件下不同种源玫瑰群体的形态和遗传分化,有助于剔除表型可塑性的影响,揭示玫瑰基因组和功能基因的适应性演化格局及其驱动因子,为玫瑰的野外管理和基因挖掘提供理论基础。本文以在山东鲁中山区栽培3年以上的不同种源的玫瑰群体为材料,以山刺玫为外类群,研究了来自4个中国野生种群(中国野生群体组CWR)、3个欧洲野生种群(欧洲野生群体组EWR)和6个中国栽培品种(中国栽培群体组CCR)共计3组13个种源玫瑰群体的遗传分化格局。应用巢式方差分析、多重比较、相关性分析、聚类分析等方法研究了群体间的表型变异格局;应用转录组二代测序技术,研究了不同种源玫瑰群体间功能基因变异和表达差异的适应性遗传分化格局;进而进行了差异表达基因功能显著性富集分析,并挖掘了玫瑰耐寒候选基因。表型分析表明,玫瑰表型在群体组内变异度较高,且多数表型性状在不同玫瑰群体和群体分组间差异显著。中国野生、欧洲野生和中国栽培玫瑰三个群体组间表型平均分化系数为40.6%,组内平均表型分化系数为59.4%。22个表型性状变异系数的平均值为24.0%,其中,花表型变异系数为15.8%,远小于叶、果表型变异系数。欧洲野生玫瑰群体组平均变异系数为28.2%,远大于其他两个组。野生玫瑰群体多个叶片表型性状与原产地无霜期时间、7月份平均高温等生态因子呈显著相关(p0.05),这些因子相关的热量条件可能是影响玫瑰叶性状变异的主导因素之一。玫瑰转录组De novo测序组装并去冗余后共获得101.083条Unigene,共有81.20%基因获得注释。其中在任意两个群体组间存在差异表达的差异表达基因共有53,717条,占53.14%。统观表型性状聚类图以及基于Unigene的转录组进化树,发现13个玫瑰群体间的分化格局错综复杂,欧洲野生玫瑰群体与中国野生玫瑰群体和中国栽培玫瑰群体均有关联。欧洲野生玫瑰群体组中瑞典的斯科讷玫瑰群体(SKA)与荣成(RON)群体在表型与转录组序列上相似程度较高,表现出相似的表型和遗传适应特征。德国兰格奥格玫瑰群体(LAN)与部分中国栽培玫瑰群体组CCR中的群体在表型及转录组序列上相似程度较高,亲缘关系可能较近。珲春(HCH)群体与其他玫瑰群体相似程度较低,亲缘关系可能较远。在13个玫瑰群体的差异表达基因中光合作用-天线蛋白通路显著富集(Qvalue0.05);野生玫瑰CWR及EWR组中核糖体组成成分显著富集(Qvalue0.05)。在纬度差异较大的瑞典(SKA)群体和牟平(MUP)群体中,组成叶绿体基质和叶绿体被膜的细胞组分及卟啉和叶绿素代谢通路显著富集上调(Qvalue0.05),蔗糖合成酶活性及蔗糖代谢过程显著富集下调(Qvalue0.05)。从对与耐寒性密切相关的冷和干旱调节蛋白相关基因中共筛选出12条表达量与纬度相关的备选基因。其中四条基因表达量与原产地部分生态因子显著相关(p0.05),反映出不同野生玫瑰群体对温度适应的地理格局。温度尤其是低温可能通过影响玫瑰光合作用、糖代谢过程及冷和干旱调节蛋白的相关基因的表达,进而影响玫瑰群体的适应性进化格局。总体来看,不同种源玫瑰群体组内和组间均存在高度变异性,欧洲野生和中国野生玫瑰群体表现出与原产地纬度和热量因子相关的地理适应格局,部分耐寒候选基因表达量可能受到年平均气温和7月份平均高温等因子的影响,有待于进一步验证研究。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S685.12
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 前言
    1.1 转录组测序的研究进展
        1.1.1 转录组测序技术的现状
        1.1.2 高通量测序技术在种群遗传研究中的应用
    1.2 玫瑰背景介绍
        1.2.1 玫瑰生物学特性
        1.2.2 中国野生玫瑰种群现状
        1.2.3 欧洲入侵种玫瑰种群现状及研究进展
        1.2.4 中国栽培玫瑰品种及研究进展
    1.3 玫瑰研究热点
        1.3.1 群体遗传分化与遗传多样性
        1.3.2 功能基因挖掘
    1.4 选题意义和研究目的
第二章 研究方法
    2.1 采样群体
    2.2 样品采集方法、保存和处理
    2.3 表型观测
        2.3.1 玫瑰表型观测
        2.3.2 叶片氮含量测定
        2.3.3 叶片磷含量测定
    2.4 玫瑰群体转录组测序及组装
    2.5 数据处理
    2.6 技术路线
第三章 玫瑰群体的表型差异与分化格局
    3.1 玫瑰群体表型性状多重比较
    3.2 玫瑰群体表型性状变异分析
    3.3 野生玫瑰群体表型性状与原产地生态因子相关性分析
    3.4 玫瑰群体表型性状聚类分析
    3.5 小结
第四章 玫瑰群体的转录组分化格局
    4.1 测序产量、组装质量统计及功能注释
    4.2 玫瑰群体转录组的遗传分化研究
    4.3 玫瑰群体转录组差异表达基因DEG分析
        4.3.1 差异表达基因GO及Pathway显著性富集分析
        4.3.2 野生玫瑰种源差异表达基因显著性富集分析
    4.4 影响玫瑰群体遗传分化因素的初步分析
        4.4.1 玫瑰群体遗传分化差异初步研究
        4.4.2 耐寒相关候选基因筛选
    4.5 小结
第五章 讨论
    5.1 玫瑰群体的表型差异
    5.2 玫瑰群体的分化格局
    5.3 影响玫瑰群体遗传分化的因素与可能途径
第六章 结论与建议
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 建议
附录
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
附件

【相似文献】

相关期刊论文 前1条

1 张淑萍,王仁卿,杨继红,张强,魏英华;胶东海岸野生玫瑰(Rosa rugosa)的濒危现状与保护策略[J];山东大学学报(理学版);2005年01期

相关博士学位论文 前1条

1 孙曰波;玫瑰（Rosa rugosa）根系生物学特性及对水肥空间异质性响应的研究[D];山东农业大学;2011年

相关硕士学位论文 前4条

1 甘文浩;基于转录组测序的不同种源玫瑰（Rosa rugosa）群体遗传分化初步研究[D];山东大学;2019年

2 邵大伟;玫瑰（Rosa rugosa）花蕾抗氧化能力的研究[D];山东农业大学;2008年

3 翟雯;大连长山岛玫瑰（Rosa rugosa Thunb.）种群的遗传多样性和遗传结构的初步研究[D];山东大学;2007年

4 赵娟娟;荣成海岸破碎化生境中玫瑰（Rosa rugosa Thunb.）野生种群的遗传多样性与遗传结构的初步研究[D];山东大学;2005年

本文编号：2868320