辽东栎和蒙古栎的比较转录组及栎属槲栎组群体遗传学初步研究

发布时间：2020-03-29 13:45

【摘要】：栎属隶属于壳斗科,该属物种种类繁多,广泛地分布于北半球,且大部分物种都是森林中较常见的优势种和建群种,有着重要的经济和社会价值。栎属物种之间的形态特征错综复杂,分布区重叠,物种之间的杂交普遍发生,种间界限很难划定,系统发育关系存在诸多的问题。中国作为栎属植物的起源地之一,且属内的多个物种都是中国特有种,相比较欧洲与美洲对于栎属植物的大量研究,我国对于栎属物种的研究相对较少,所以对于中国栎属的研究有着极其重要的意义。本研究首先对中国栎属植物中分布最北缘的蒙古栎和辽东栎进行比较转录组分析,并开发出适合于栎属研究的通用EST-SSR引物,在此基础上开展中国栎属槲栎组11个物种的群体遗传学研究,以期探讨槲栎组的遗传结构和种间关系。现将主要研究结果总结如下:(1)辽东栎和蒙古栎的比较转录组分析及相关的EST-SSR引物开发本研究通过比较转录组的方法对栎属槲栎组的辽东栎和蒙古栎两个近缘物种进行比对分析,基于Illumina双末端测序技术获得了辽东栎和蒙古栎的转录组数据,总计产生约2400万个Reads,两物种组装后共获得103,618个Unigenes。通过对两个物种的比较转录组分析共鉴定出12,981个直系同源基因。根据对Ka/Ks值的估计和富集分析,有1179个(9.08%)的同源基因受到了强烈的正选择作用,其中大部分的同源基因是与“DNA修复”、“响应寒冷”和“响应干旱”等功能相关。这一发现可能为这两个关系密切的栎属物种在适应干旱和寒冷等极端环境时的差异提供了一些解释。根据Ks值的分布估算出两种栎属植物的分歧时间,大约是4.27-5.93 Mya。通过转录组数据检测到16,608个SSR位点,成功设计12,363对引物。随后,随机选取158对引物进行多态性的检测,有77对引物至少在槲栎组11个种的其中一个种中是多态的。(2)栎属槲栎组的群体遗传学初步研究基于槲栎组11个种92居群1672个体,2个外类群28个体,总计1700栎属植物个体,通过从转录组研究中开发的77对引物中筛选出的19对高多态性引物,对槲栎组的群体遗传学进行初步研究。基于EST-SSR引物的研究结果显示槲栎组11个种的遗传多样性水平较低(Hs=0.401,Ht=0.501)。AMOVA分析的结果表明遗传变异主要是发生在居群内(88.55%)。整个槲栎组物种水平上的遗传分化不显著(Fst=0.11),说明基因流是槲栎组居群遗传结构的主要影响因素。STRUCTURE聚类分析的结果表明槲栎组11个种的杂交现象非常严重,几乎没有完整一个种可以分化出来。对于云南波罗栎和槲树总是聚到同一分组的现象,支持前人将两者合并为同一物种的观点。
【图文】：

谱系,蒙古栎,辽东栎,分布区域

图 2.1 蒙古栎和辽东栎两个近缘种的分布区域图[Yang et al., 2016]Figure 2.1 The distribution area of Q. mongolica and Q. liaotungensis[Yang et al., 2016]对于辽东栎和蒙古栎这两个物种，，在形态特征、分类地位、物种分类关系等方面一些相关的探讨和研究[唐宇丹和张会金，1999；厉月桥，2011；王良民和张玉2011]。近些年来，各种分子标记包括 RAPD、AFLP、SSR 等越来越多的用在栎物的遗传多样性等方面的研究。恽锐等[1998]利用 RAPD 分子标记和 DAF(DNA指纹)方法对辽东栎的种群遗传结构和多样性进行了分析，并证明人为干扰对辽的遗传结构有一定的影响。杨佳等[2017]利用叶绿体基因片段以及核基因片段对栎与蒙古栎两个种进行遗传分析，并对两个种的分化时间及冰期时的谱系历史进究，对由种子和花粉介导的不同的种间基因交流的模式进行了探讨。Zeng 等通19 个 nSSR（核简单重复序列）和 4 个叶绿体 DNA 片段对 29 个蒙古栎的天然种行遗传多样性和遗传结构分析，探讨了蒙古栎的冰期避难所及冰期后分布区的变[Zeng et al., 2015]。通过这些分子生物学的标记可以对辽东栎和蒙古栎的遗传关系

长度分布图,栎属植物,栎属,功能注释

种栎属植物的 Contigs 和 Unigenes 的长度分布图。(A)两种栎属的 C布；(B)两种栎属的 Unigene 长度分布图 The length distribution of assembled Contigs and Unigenes in Q. liaot. (A) The frequency distribution of the Contig sizes of two Quercus spelength distribution of Unigenes of two Quercus species.表 2.3 两种栎属组装 Unigenes 结果统计Table 2.3 Summary of the Unigenes identified in the two oak specieQ. liaotungensis Q. mongolica er of unigenes 72,012 72,874 h of unigenes 50,069,442 51,358,327 7 unigenes 1,180 1,189 h of unigenes 695.29 704.76 Unigene 的功能注释
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943

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