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基于混合样品高通量测序数据的植物叶绿体基因组拼接和分析

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摘要

1 文献综述

1.1 叶绿体基因组学研究

1.1.1 叶绿体基因组研究现状简介

1.1.2 叶绿体基因组的结构及其特点

1.1.3 叶绿体基因组进化研究

1.1.4 叶绿体全基因组测序技术进展

1.1.5 叶绿体基因组的应用

1.2 DNA测序技术的发展

1.2.1 DNA测序技术的发展

1.2.2 高通量测序技术的原理

2 材料与方法

2.1 实验材料及数据

2.2 方法

2.2.1 文库构建和测序

2.2.2 读序数据预处理

2.2.3 叶绿体基因组拼接及其拼接结果评估

2.2.4 叶绿体基因组在植物进化上的应用

3 结果与分析

3.1 作物相关三个物种叶绿体基因组拼接结果

3.2 叶绿体基因组拼接结果评估

3.3 基于野生大豆叶绿体的大豆驯化起源分析

3.4 基于野生水稻叶绿体的水稻驯化起源分析

3.5 基于稗草叶绿体基因组的系统进化分析

4 讨论

参考文献

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摘要

叶绿体DNA序列信息是转化和进化分析的基石,但是截止到2012年12月25日植物界已报道的叶绿体基因组信息仅有292条,阻碍了叶绿体基因组学的发展。获取叶绿体基因组的传统方法需要首先分离、纯化叶绿体DNA,但是这种方法较为麻烦、耗时较长、难度较大。随着高通量测序技术的快速发展,越来越多植物全基因组测序完成。
   本实验在已有研究的基础上,优化出一种简便快捷的叶绿体基因组DNA序列获取和拼接方法:以叶绿体基因组的高度保守性为根据,利用Illumina HiSeq2000测序平台获得全基因组短序列提取叶绿体DNA,进而进行De Novo拼接,并根据Pair-end和序列位点信息进行补洞,从而组装出尽可能完整的叶绿体基因组序列。本研究基于几个实际测序数据进行了测试和分析,具体结果如下:
   1.以野生稻(Oryza rufipogon)东乡全基因组数据为材料,组装得到4条scaffolds,对参考基因组(越南野生稻叶绿体基因组序列)的覆盖度达到100%;
   2.以野生大豆(Glycine soja)兰溪1号、半野生大豆(Glycine gracilis)永康1号全基因组数据为材料,分别组装得到5条、9条,对参考基因组(栽培大豆叶绿体基因组序列)的覆盖度分别是100%和97%;
   3.以稗草(Echinochloa oryzicola)STB00的全基因组数据为材料组装得到103条scaffolds,对参考基因组(柳枝稷叶绿体基因组序列)的覆盖度为76%;
   4.利用大豆叶绿体分类和叶绿体SSRs多态性结果对兰溪1号的拼接结果进行验证,得到的结果与前人报道结果一致。本研究为获取叶绿体基因组序列提供了新的策略,但是具有一定的局限性。
   5.叶绿体基因组数据驯化分析结果显示:粳稻由中国普通野生稻驯化而来;澳大利亚普通野生稻与澳大利亚南方野生稻亲缘关系较近;半野生大豆可能是由野生大豆和栽培大豆杂交而来;稗草虽然形态上与水稻相似,但是进化上与玉米分支更近。

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