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掌叶木和伞花木的叶绿体全基因组研究及其系统位置分析

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目录

第1章 前言

1.1 叶绿体基因组研究进展

1.1.1 叶绿体的起源

1.1.2 叶绿体基因组简介

1.1.3 基因组测序方法

1.1.4 叶绿体基因组的应用

1.2 无患子科与掌叶木和伞花木的研究进展

1.2.1 无患子科的系统学研究概况

1.2.2 掌叶木的研究概况

1.2.3 伞花木的研究概况

1.2.4 本课题的研究目的及意义

第2章 研究材料与方法

2.1 材料、试剂与设备

2.1.1 植物材料

2.1.2 实验药品和试剂

2.1.3 仪器设备

2.2 试验方法

2.2.1 植物总DNA的提取

2.2.2 植物叶绿体DNA测序

2.2.3 叶绿体基因组拼接

2.3 基因组生物信息分析方法

2.3.1 基因组的注释与物理图谱的绘制

2.3.2 重复序列与SSR分析

2.3.3 密码子的使用偏性分析

2.3.4 叶绿体基因组差异性分析方法

2.3.5 掌叶木和伞花木系统位置分析

第3章 结果与分析

3.1 掌叶木叶绿体基因组分析

3.1.1 基因的组成

3.1.2 掌叶木重复序列与SSR分析

3.1.3 密码子使用偏性分析

3.2 伞花木叶绿体基因组分析

3.2.1 基因的组成

3.2.2 伞花木重复序列与SSR分析

3.2.3 密码子使用偏性分析

3.3 比较基因组学分析

3.3.1 基本特征分析

3.3.2 叶绿体基因组全序列比对

3.3.3 遗传距离

3.3.4 IR区边界比较分析

3.4 掌叶木和伞花木的系统位置分析

3.4.1 基于全长序列重建系统树

3.4.2 基于大单拷贝区序列重建系统树

3.4.3 基于小单拷贝区序列重建系统树

3.4.4 基于反向重复区重建系统树

3.4.5 基于编码区序列重建系统树

3.4.6 不同数据集构建系统树的比较和分析

3.5 本章小结

第4章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

致谢

附录

在校期间参与科研项目和发表的论文

一、参加科研项目

二、发表论文

声明

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摘要

掌叶木和伞花木是无患子科的濒危物种,分别隶属于掌叶木属和伞花木属,二者都是中国的特有单种属,由于无患子科的范围界定长期存在争议,掌叶木和伞花木的系统位置也十分混乱。本研究通过Illumina HiSeq2500测序平台,测定了掌叶木和伞花木的叶绿体全基因组,二者基因组数据的公布,将为掌叶木和伞花木的进化生物学、保护生物学以及遗传资源的管理提供理论依据。 掌叶木的基因组全长分151,271bp,其基因组在结构上呈典型的四分结构,由长度为85,092bp的大单拷贝区(large single copy region,LSC)和17,966bp的小单拷贝区(small single copy region,SSC)以及一对将其分开的长度为26,910bp反向重复区(inverted repeat,IR)组成。除去重复后,掌叶木一共注释到了114个基因,其中,包含了77蛋白编码基因、30个tRNA基因、4个rRNA基因以及4个假基因。伞花木的叶绿体基因组全长158,690bp,在结构上也呈典型的四分结构(LSC:86,874bp,SSC:17,966bp,IR:26,910bp),它包含了114个基因,其中,有77蛋白编码基因、30个tRNA基因、4个rRNA基因以及3个假基因。我们进一步分析了掌叶木和伞花木的GC含量、微卫星、密码子使用偏性等内容。此外,还开展了掌叶木和伞花木的比较基因组学研究,包括基本特征比较、IR区的扩张和收缩以及基因组重排等,结果表明,不同物种之间非编码区的差异比编码区高,编码区较非编码区更为保守,IR区比两个单拷贝区更为保守。 为了全面探究掌叶木和伞花木在无患子目的系统位置,我们以无患子目相近的3个目中的5个物种为外类群,基于不同的数据集构建其系统进化树,分别用选用基因组全长序列、大单拷贝区、小单拷贝区、反向重复区以及编码区等数据重建了无患子目的系统进化树。研究结果显示,基于不同的数据集构建的系统树其拓扑结构均一致支持云南七叶树和掌叶木具有较近的系统关系,二者组成姐妹类群,而伞花木是车桑子的姐妹类群,聚类结果在所有系统树中都得到强烈支持。与大多数研究一样,七叶树科和槭树科都嵌入到无患子科中,其结果支持二者并入被重新定义的无患子科中,维持广义无患子科的概念。而且,支持广义无患子科划分为文冠果亚科、七叶树亚科、无患子亚科以及车桑子亚科,其中,七叶树亚科包含了传统槭树科、七叶树科以及掌叶木,而伞花木归属于车桑子亚科。

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