胡椒参考级基因组组装和胡椒碱合成的分子基础研究
发布时间：2023-11-17 18:31
胡椒(Piper nigrum),为多年生藤本植物,素有“香料之王”的美誉,是世界上最重要的香辛料作物之一,具有广泛的药用和工业利用价值。胡椒属因其显著的多样性和处于基部被子植物中长期独立的进化历程,在物种进化研究中有重要意义。胡椒所属的胡椒目位于木兰亚纲(magnoliids)内,是被子植物中较为原始的类群,且兼具有类似的单子叶和双子叶植物双重形态学特征,使得整个木兰亚纲相较于单子叶和双子叶植物的进化位置存在争议。胡椒碱作为胡椒最主要的功能物质,除在烹饪中广泛使用外,其在化学预防、免疫调节、抗氧化、抗癌、消炎、解毒作用和促进中草药和传统药物的吸收以及生物药效率等方面具有广泛的作用。目前,关于胡椒的基础研究较为薄弱,高质量参考基因组的缺失、胡椒碱等关键功能物质代谢复杂等因素,严重阻碍了胡椒的分子育种及其资源的深度开发与利用,制约了胡椒碱的应用潜力。因此,本研究对胡椒进行全基因组测序和染色体水平的高质量组装,综合解读胡椒的基因组特征,物种进化位置,并进一步对胡椒碱合成代谢网络和关键基因及其基因家族进行深入研究,初步解析胡椒碱生物合成分子机理,为后续的遗传改良奠定分子基础。取得的主要研究结...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略语表
1 前言
1.1 胡椒概述
1.1.1 胡椒研究现状
1.1.2 胡椒碱代谢通路
1.2 基因组测序概述
1.2.1 Illumina测序
1.2.2 PacBio单分子实时测序
1.2.3 10x Genomics测序
1.2.4 BioNano测序
1.2.5 Hi-C测序技术
1.3 基因组组装概述
1.4 基因组注释
1.4.1 重复序列的注释
1.4.2 非编码RNA注释
1.4.3 基因结构注释
1.4.4 基因功能注释
1.5 比较基因组和进化分析
1.6 基因家族分析
1.7 研究问题的由来与意义
2 材料方法
2.1 实验材料
2.1.1 测序样品
2.1.2 试验仪器与设备
2.1.3 试验试剂
2.2 实验方法
2.2.1 胡椒基因组的测序
2.2.2 胡椒基因组组装
2.2.3 胡椒转录组测序和数据预处理
2.2.4 胡椒基因组的组装质量评估
2.2.5 胡椒基因组的注释
2.2.6 胡椒比较基因组和系统进化分析
2.2.7 胡椒碱合成基因家族分析
2.2.8 胡椒转录组数据分析
2.2.9 胡椒碱含量测定
3 结果分析
3.1 胡椒基因组测序
3.1.1 胡椒测序样品的选择与DNA提取
3.1.2 胡椒基因组的survey分析
3.1.3 胡椒基因组的测序及质量控制
3.2 胡椒基因组的组装
3.2.1 胡椒基因组PacBio+10x Genomics的初步组装
3.2.2 单分子光学图谱辅助组装
3.2.3 Hi-C辅助基因组组装
3.2.4 Postprocessing组装结果
3.3 胡椒转录组数据预处理
3.3.1 RNA-seq
3.3.2 Iso-seq
3.4 胡椒基因组组装质量评估
3.4.1 Illumina reads比对覆盖度评估
3.4.2 RNA-seq基因区覆盖率评估
3.4.3 CEGMA组装覆盖度评估
3.4.4 BUSCO组装完整性评估
3.5 胡椒基因组注释
3.5.1 胡椒重复序列注释
3.5.2 胡椒非编码RNA注释
3.5.3 胡椒蛋白编码基因的注释
3.5.4 胡椒蛋白编码基因的功能注释
3.5.5 胡椒次生代谢物的注释
3.6 胡椒比较基因组和系统进化分析
3.6.1 胡椒比较基因组分析
3.6.2 胡椒共线性分析
3.6.3 胡椒全基因组复制分析
3.6.4 胡椒物种进化分析及分歧时间估算
3.7 不同组织胡椒碱含量
3.8 胡椒碱合成代谢通路
3.8.1 胡椒特异扩张和收缩的基因家族
3.8.2 胡椒特异扩张基因家族的功能分析
3.9 胡椒基因组RNA-seq数据基因表达分析
3.10 序列演化
3.10.1 苯丙烷代谢过程
3.10.2 赖氨酸代谢过程
3.10.3 酰基转移酶
4 讨论
4.1 BioNano技术在精细基因组组装中的作用
4.2 质体基因组和核基因组在构建物种进化树中的作用
4.3 胡椒目的物种演化过程
4.4 胡椒碱生物合成分子机制
参考文献
附录
附录1 DNA提取
附录2 RNA提取
附录3 胡椒碱含量测定
附表1 本研究所用植物特异转座子Pfam编号
附表2 本研究PacBio+10x Genomics初步组装胡椒基因组(“Pipernigrumv1”)结果统计
附表3 本研究PacBio+10x Genomics+BioNano组装胡椒基因组(“Pipernigrumv2”)结果统计
附表4 Hi-C数据统计
附表5 本研究最终组装胡椒基因组(“Pipernigrumv3”)结果统计
附表6 胡椒基因组重复序列统计
附表7 胡椒转录因子(TFs)、转录调节因子(TRs)和染色质调节因子(CRs)的注释统计
附表8 胡椒和无油樟全基因组比较统计
附表9 胡椒和无油樟全基因组比较共线性区块统计
附表10 胡椒和无油樟全基因组比较共线性位点统计
攻读学位期间已发表的论文和待发表的论文
参加会议摘要
申请专利
致谢
本文编号：3864660
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略语表
1 前言
1.1 胡椒概述
1.1.1 胡椒研究现状
1.1.2 胡椒碱代谢通路
1.2 基因组测序概述
1.2.1 Illumina测序
1.2.2 PacBio单分子实时测序
1.2.3 10x Genomics测序
1.2.4 BioNano测序
1.2.5 Hi-C测序技术
1.3 基因组组装概述
1.4 基因组注释
1.4.1 重复序列的注释
1.4.2 非编码RNA注释
1.4.3 基因结构注释
1.4.4 基因功能注释
1.5 比较基因组和进化分析
1.6 基因家族分析
1.7 研究问题的由来与意义
2 材料方法
2.1 实验材料
2.1.1 测序样品
2.1.2 试验仪器与设备
2.1.3 试验试剂
2.2 实验方法
2.2.1 胡椒基因组的测序
2.2.2 胡椒基因组组装
2.2.3 胡椒转录组测序和数据预处理
2.2.4 胡椒基因组的组装质量评估
2.2.5 胡椒基因组的注释
2.2.6 胡椒比较基因组和系统进化分析
2.2.7 胡椒碱合成基因家族分析
2.2.8 胡椒转录组数据分析
2.2.9 胡椒碱含量测定
3 结果分析
3.1 胡椒基因组测序
3.1.1 胡椒测序样品的选择与DNA提取
3.1.2 胡椒基因组的survey分析
3.1.3 胡椒基因组的测序及质量控制
3.2 胡椒基因组的组装
3.2.1 胡椒基因组PacBio+10x Genomics的初步组装
3.2.2 单分子光学图谱辅助组装
3.2.3 Hi-C辅助基因组组装
3.2.4 Postprocessing组装结果
3.3 胡椒转录组数据预处理
3.3.1 RNA-seq
3.3.2 Iso-seq
3.4 胡椒基因组组装质量评估
3.4.1 Illumina reads比对覆盖度评估
3.4.2 RNA-seq基因区覆盖率评估
3.4.3 CEGMA组装覆盖度评估
3.4.4 BUSCO组装完整性评估
3.5 胡椒基因组注释
3.5.1 胡椒重复序列注释
3.5.2 胡椒非编码RNA注释
3.5.3 胡椒蛋白编码基因的注释
3.5.4 胡椒蛋白编码基因的功能注释
3.5.5 胡椒次生代谢物的注释
3.6 胡椒比较基因组和系统进化分析
3.6.1 胡椒比较基因组分析
3.6.2 胡椒共线性分析
3.6.3 胡椒全基因组复制分析
3.6.4 胡椒物种进化分析及分歧时间估算
3.7 不同组织胡椒碱含量
3.8 胡椒碱合成代谢通路
3.8.1 胡椒特异扩张和收缩的基因家族
3.8.2 胡椒特异扩张基因家族的功能分析
3.9 胡椒基因组RNA-seq数据基因表达分析
3.10 序列演化
3.10.1 苯丙烷代谢过程
3.10.2 赖氨酸代谢过程
3.10.3 酰基转移酶
4 讨论
4.1 BioNano技术在精细基因组组装中的作用
4.2 质体基因组和核基因组在构建物种进化树中的作用
4.3 胡椒目的物种演化过程
4.4 胡椒碱生物合成分子机制
参考文献
附录
附录1 DNA提取
附录2 RNA提取
附录3 胡椒碱含量测定
附表1 本研究所用植物特异转座子Pfam编号
附表2 本研究PacBio+10x Genomics初步组装胡椒基因组(“Pipernigrumv1”)结果统计
附表3 本研究PacBio+10x Genomics+BioNano组装胡椒基因组(“Pipernigrumv2”)结果统计
附表4 Hi-C数据统计
附表5 本研究最终组装胡椒基因组(“Pipernigrumv3”)结果统计
附表6 胡椒基因组重复序列统计
附表7 胡椒转录因子(TFs)、转录调节因子(TRs)和染色质调节因子(CRs)的注释统计
附表8 胡椒和无油樟全基因组比较统计
附表9 胡椒和无油樟全基因组比较共线性区块统计
附表10 胡椒和无油樟全基因组比较共线性位点统计
攻读学位期间已发表的论文和待发表的论文
参加会议摘要
申请专利
致谢
本文编号：3864660
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