杨柳比较基因组信息学研究
发布时间：2020-08-11 10:43
【摘要】：本课题以已测序的两种杨柳科植物红皮柳和毛果杨的全基因组数据作为研究对象。杨柳科植物除了经历了真双子叶共有的全基因组三倍乘(Whole-genome triplication,WGT or Core-eudicot-common hexaploidzation,ECH)事件之外,又经历了一次杨柳科植物共有的二倍乘(Saliceae whole-genome duplication,SWD)事件。为深入理解多倍化杨柳染色体和基因组的结构与功能演化,选取基因组结构较为古老的葡萄作为参照进行分析。通过物种内与物种间的BLAST比对,找出具有共线性的同源基因对,构建具有可视化分析功能的同源结构点阵图;对毛果杨、红皮柳同源结构点阵图分析,课题推断出杨柳科植物加倍之前共有8条祖先染色体;通过同源片段的搜索分析以及对多物种间进行基因组联合比对,构建以葡萄基因组为参考的多基因组联合比对图谱;结合同源片段数量的统计,从基因组丢失与保留的角度,分析杨柳科植物的基因组进化过程;并分类统计出了不同事件关联的共线性基因集。通过研究发现红皮柳经历SWD后的两套子基因组的平均共线基因丢失率为73%和77%,而毛果杨仅为69%和71%,红皮柳的共线基因丢失率显著高于毛果杨;且红皮柳SWD后的共线基因保留的数量为9017个,毛果杨则保留了15173个共线基因,红皮柳的共线基因保留数量显著低于杨树;红皮柳最近一次加倍的同源片段的Ks峰值为0.33,毛果杨的Ks峰值仅为0.23,红皮柳的Ks峰值相对于毛果杨更高;这些数据都表明红皮柳经历更剧烈的基因变化,即红皮柳的进化速率很可能快于毛果杨。课题还推断出了SWD事件发生的时间大约在25~30个百万年前,而在SWD后,毛果杨与红皮柳分化的时间大约在15~20个百万年前。之后通过基因表达量、基因家族、基因功能GO富集分析等方面,全面比对分析了毛果杨二倍乘之后产生的两套子基因组,发现这两套基因组在基因表达量、基因家族、基因功能几个层面均无显著差异,本研究为杨柳祖先为同源多倍体提供了更多证据。图17幅;表4个;参52篇。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2
【图文】：
可以将 BLAST 搜索到的庞大冗长的共线性结果以可视化的形式展示出来，从而清晰的观察到物种内或物种间的同源片段以及染色体同源性，初步确定物种有无全基因组加倍事件以及推断物种染色体断裂、重排过程。2.1 数据材料本课题研究使用双子叶植物葡萄作为外类群参考，杨柳科中，杨属植物选取了模式植物毛果杨，柳属植物选取了测序比较完整的红皮柳，以毛果杨、红皮柳全基因组数据作为主要研究材料，利用比较基因组学，比对获得毛果杨、红皮柳与外类群葡萄基因组之间的共线性关系。图 1 为杨柳科植物与葡萄的系统发育树和基因关系树，图中蓝色六边形标记表示所有双子叶植物所共同经历的全基因组六倍化事件；即所有的双子叶都来源于一个共同的六倍体祖先。红色正方形标记则代表杨柳科植物共有的一次全基因组二倍乘事件，这说明杨柳科植物拥有一个共同的四倍体祖先。
- 10 -图 2 红皮柳物种内基因组的同源基因点阵图Fig.2 Dotplot of Salix sinopurpurea genome homologous genes注:图中展示的是红皮柳基因组内同源共线信息;图中横轴和纵轴均表示红皮柳全基因组，红皮柳的 19 条染色体由左向右、从上到下依次排列;图中的每一个点表示 BLAST 软件搜索到的一对同源基因，最好匹配的同源基因对用红色点标识出来，次好匹配用蓝色点标识，其它同源基因对则用灰点标识。在毛果杨基因组内的同源基因点阵图可以发现，毛果杨除了经历了双子叶共有的三倍乘事件之外，同样还发生过一次共有的一次二倍乘事件。如图 3 所示，红皮柳的 12 号染色体与自身的 15 号染色体有非常完整的最佳匹配同源片段（红色片段）；8 号染色体与自身的 10 号染色体同样拥有非常完整的最佳匹配同源片段，这是毛果杨染色体发生过一次共有加倍的有力证据之一。除了 12 号、15 号，8
- 11 -图 3 毛果杨基因组内同源基因点阵图Fig.3 Dotplot of Populus trichocarpa genome homologous genes注:图中展示的是毛果杨基因组内同源共线信息;图中横轴和纵轴均表示毛果杨全基因组，毛果杨的 19 条染色体由左向右、从上到下依次排列;图中的每一个点表示 BLAST 软件搜索到的一对同源基因，最好匹配的同源基因对用红色点标识出来，次好匹配用蓝色点标识，其它同源基因对则用灰点标识。杨柳科植物总共分为钻天柳属、杨属、柳属。其中钻天柳属是杨柳科最原始的
本文编号：2788966
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2
【图文】：
可以将 BLAST 搜索到的庞大冗长的共线性结果以可视化的形式展示出来，从而清晰的观察到物种内或物种间的同源片段以及染色体同源性，初步确定物种有无全基因组加倍事件以及推断物种染色体断裂、重排过程。2.1 数据材料本课题研究使用双子叶植物葡萄作为外类群参考，杨柳科中，杨属植物选取了模式植物毛果杨，柳属植物选取了测序比较完整的红皮柳，以毛果杨、红皮柳全基因组数据作为主要研究材料，利用比较基因组学，比对获得毛果杨、红皮柳与外类群葡萄基因组之间的共线性关系。图 1 为杨柳科植物与葡萄的系统发育树和基因关系树，图中蓝色六边形标记表示所有双子叶植物所共同经历的全基因组六倍化事件；即所有的双子叶都来源于一个共同的六倍体祖先。红色正方形标记则代表杨柳科植物共有的一次全基因组二倍乘事件，这说明杨柳科植物拥有一个共同的四倍体祖先。
- 10 -图 2 红皮柳物种内基因组的同源基因点阵图Fig.2 Dotplot of Salix sinopurpurea genome homologous genes注:图中展示的是红皮柳基因组内同源共线信息;图中横轴和纵轴均表示红皮柳全基因组，红皮柳的 19 条染色体由左向右、从上到下依次排列;图中的每一个点表示 BLAST 软件搜索到的一对同源基因，最好匹配的同源基因对用红色点标识出来，次好匹配用蓝色点标识，其它同源基因对则用灰点标识。在毛果杨基因组内的同源基因点阵图可以发现，毛果杨除了经历了双子叶共有的三倍乘事件之外，同样还发生过一次共有的一次二倍乘事件。如图 3 所示，红皮柳的 12 号染色体与自身的 15 号染色体有非常完整的最佳匹配同源片段（红色片段）；8 号染色体与自身的 10 号染色体同样拥有非常完整的最佳匹配同源片段，这是毛果杨染色体发生过一次共有加倍的有力证据之一。除了 12 号、15 号，8
- 11 -图 3 毛果杨基因组内同源基因点阵图Fig.3 Dotplot of Populus trichocarpa genome homologous genes注:图中展示的是毛果杨基因组内同源共线信息;图中横轴和纵轴均表示毛果杨全基因组，毛果杨的 19 条染色体由左向右、从上到下依次排列;图中的每一个点表示 BLAST 软件搜索到的一对同源基因，最好匹配的同源基因对用红色点标识出来，次好匹配用蓝色点标识，其它同源基因对则用灰点标识。杨柳科植物总共分为钻天柳属、杨属、柳属。其中钻天柳属是杨柳科最原始的
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 张重岭,汪加力,敖守山,丁长富;内蒙古大兴安岭林区杨柳科杨属植物的调查研究[J];内蒙古林业调查设计;2002年04期
2 王欣,王强,徐国钧,徐珞珊;杨属植物化学成分和药理作用的研究进展[J];天然产物研究与开发;1999年01期
3 丁托娅;世界杨柳科植物的起源、分化和地理分布[J];云南植物研究;1995年03期
4 于兆英,张明理;中国柳属的数量分类研究(一)[J];植物研究;1986年04期
相关硕士学位论文 前1条
1 刘文霞;内蒙古杨柳科（Salicaceae）植物上栅锈菌属（Melampsora）的分类研究[D];内蒙古农业大学;2006年
本文编号：2788966
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/2788966.html
教材专著
