中国垂乳银杏种质资源及垂乳发生转录组分析

发布时间：2018-10-05 18:03

【摘要】：银杏(Ginkgo biloba L.)属裸子植物,是银杏科唯一保存下来的树种,具有重要的经济、生态及科研价值。银杏在进化中的特殊地位,使其在植物分类学、系统进化、形态解剖及生物学等方面具有重要的研究价值。银杏经过漫长的历史进化及人为干预,发生了一些变异,形成了许多不同的品种。垂乳银杏作为银杏家族中重要的特异种质,能够在其树干、主枝或根茎交界处着生垂乳,其具有的克隆更新及营养储存的功能对于银杏物种的保存有重要意义,已成为许多生物学、生态学、植物学、林学等诸多学者研究的对象,具有重要的科研及观赏价值。目前,关于银杏垂乳的研究主要集中在形态观察、发育解剖、组织化学等方面,中国垂乳银杏种质资源丰富,但其资源分布特点及发生的分子机制尚未见报道。本研究对全国垂乳银杏资源和分布特点、垂乳银杏与环境因子的关系,垂乳银杏的生长特性和再生特性进行了系统分析。在前期调查基础上,选取两个发育时期的根生垂乳进行转录组(RNA-seq)测序,分析其转录组信息及差异表达基因,探讨与银杏垂乳发生相关的基因,并利用qRT-PCR技术对随机挑选的差异表达基因进行验证,研究结果为理解银杏垂乳的发生机制提供了理论基础,丰富了银杏的遗传信息。本研究的主要结果如下:(1)调查了348株中国垂乳银杏,分布在中东部的19个省份,以西南地区的贵州、云南、四川和重庆为集中分布区,共236株,占总株数的67.82%,其中雌株271株,占80.18%。树高集中在10-40 m,胸径1.0-3.0 m,年龄100-2 000 a,平均冠幅10-30 m。垂乳一般呈圆柱或圆锥状,着生于树枝、树干或根茎交界处,分别被称为枝生垂乳、干生垂乳和根生垂乳,垂直向下生长,其被切割后,可以再生大量的垂乳;在年均温14-16℃、年均日照时数1000-2500h和年降水量1100-1400mm的气候类型下垂乳银杏发生较多。(2)利用银杏根生垂乳组织样品(ch1和ch2)及对照样品(ck)建立了9个cDNA文库,并利用Illumina Hiseq 4000测序平台首次对其进行转录组测序,共获得57.74G Clean Bases,ch1样本140,017,690条clean reads,ch2样本137,880,834条clean reads,ck样本135,427,810条clean reads,GC含量大于41%,Q30值都在96.9%以上。用Trinity软件对所有的clean reads进行从头组装,共组装了68,277条unigene,平均长度844bp。为了评估组装的有效性,利用Bowtie2软件将文库的reads与组装转录组序列比对,有390,849,371条reads(94.56%)能比对上,说明组装的可靠性较高。(3)将组装得到的Unigene序列与NR,NT,UniProt,eggNOG,COG,GO,和KEGG等数据库进行比对,有35,139条unigenes(51.47%)至少在一个数据库中得到注释。23,258条unigenes注释到GO数据库中的生物学进程、细胞组分和分子功能3个大类中的67个小类,大部分的unigenes被注释到细胞部分、细胞进程、代谢过程、蛋白结合和催化活性。有12,949条unigenes被注释到COG数据库中的25个分类中,其中注释到一般功能预测的unigenes数量最多,共有1727条unigenes,占13.34%,其次是复制、重组和修复,有1102条unigenes,占8.51%,翻译、核糖体结构和生物合成,有1087条unigenes,占8.39%,翻译后修饰、蛋白质周转和分子伴侣,有1008条unigenes,占7.78%。在转录组中发现939个SSR位点,发生频率为1.38%,二核苷酸和三核苷酸重复类型是垂乳银杏SSR的优势重复基元类型。(4)对差异表达基因进行GO富集分析,较多的基因富集在细胞部分、细胞进程和蛋白结合,其中有接近200条unigenes与生长素活动相关,有超过600条unigenes与细胞周期相关。在KEGG数据库中,ch1 vs.ck的差异基因注释到198个代谢或信号通路,ch2 vs.ck的差异表达基因注释到254个代谢或信号通路,其中最富集的通路是核糖体、肌动蛋白骨架调节和细胞周期。在ch1比对ck的差异表达基因中,预测出50个转录因子家族。在ch2比对ck的差异表达基因中,预测出55个转录因子家族。(5)通过对银杏垂乳发生过程的差异表达基因进行分析,我们发现参与生长素活动、淀粉、脂类合成和细胞周期等相关基因及部分转录因子家族如bHLH、B3、MYB和ERF等可能参与银杏垂乳发生,利用qRT-PCR技术对随机挑选差异表达基因进行检测,表明了转录组测序的准确性和有效性。本次研究获得的这些数据也为银杏分子和遗传的进一步研究提供了丰富的资源。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.95

【参考文献】