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猕猴桃基因组结构进化的信息学研究

2020-12-02阅读(583)

猕猴桃基因组结构进化的信息学研究

论文摘要

猕猴桃为最富含维生素C的水果作物,其全基因组序列测序完成,为全基因组尺度对猕猴桃基因组结构和功能进化研究,提供了重要数据材料。然而对于其多倍化进化过程研究比较模糊,尤其对于猕猴桃古多倍化性质的基因组学比较也是一个空白。课题以双子叶重要参考基因组葡萄和咖啡作为外类群,综合利用基因组信息学方法,对猕猴桃基因组结构进化进行深入解析。研究发现,相比葡萄或咖啡基因组猕猴桃的基因组内同源性片段更多,为422个,同源片段上基因数目也比参考物种更多,为8057个。结合基因组同源结构比对和同源基因同义核苷酸替换率（Ks）的分布,明确了猕猴桃全基因组的同源加倍形式,发现了猕猴桃独有的两次四倍体化事件的证据,并确定了加倍发生的时间,一个发生在约50-57个百万年前,另一个发生在约18-20个百万年前。研究中,构建了猕猴桃与多倍化和物种分化关联的同源基因共线性列表,以及两次古老加倍产生的子基因组构成;比较两次加倍事件产生的不同子基因组间重复基因保留、丢失差异,并比较分析对应子基因组共线性区域的基因表达,发现子基因组间基因表达不存在显著差异,这一研究结果揭示猕猴桃祖先的两次全基因组加倍可能是同源多倍体事件。课题还基于双子叶共有六倍体事件产生的重复基因的Ks分布比较,发现猕猴桃进化速率比葡萄和咖啡进化速率都慢,推断同源多倍体事件可能在一定程度上会降低进化速率。另外,研究发现全基因组加倍促进了猕猴桃VC合成和再生途径上关键基因的扩张,这可能是促进其VC合成能力的重要因素。课题清晰揭示了猕猴桃多倍化发生规模、多倍化性质,并为猕猴桃科物种基因组研究提供了重要的比较基因组资源,对猕猴桃VC代谢途径进化提供了全基因组尺度认识,具有重要的科学意义和经济价值。图29幅;表16个;参67篇。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 英文缩略表
  • 引言
  • 第1章 综述
  •   1.1 双子叶植物基因组研究
  •     1.1.1 猕猴桃基因组研究
  •     1.1.2 外类群基因组
  •   1.2 植物全基因组加倍研究进展
  •   1.3 基因组共线性研究
  •   1.4 植物多倍体研究
  •   1.5 VC合成再生途径的研究现状
  •   1.6 小结
  • 第2章 猕猴桃同源基因组结构的同源共线性分析
  •   2.1 数据材料
  •     2.1.1 物种间系统发育关系
  •   2.2 研究方法
  •     2.2.1 数据的下载与处理
  •     2.2.2 基因组同源双序列比对
  •     2.2.3 基因共线性分析
  •   2.3 结果与分析
  •     2.3.1 绘制基因组内和组间同源结构点阵图
  •     2.3.2 猕猴桃及其相关基因组同源共线性
  •     2.3.3 多基因组共线性列表的构建
  •   2.4 小结
  • 第3章 猕猴桃基因组结构进化研究
  •   3.1 数据材料
  •   3.2 研究方法
  •     3.2.1 猕猴桃进化事件和时间的确定
  •     3.2.2 同源基因系统发育树构建
  •   3.3 结果与分析
  •     3.3.1 猕猴桃进化事件和时间的确定
  •     3.3.2 同源基因系统发育树构建
  •   3.4 小结
  • 第4章 构建猕猴桃与多基因组联合比对
  •   4.1 数据材料
  •   4.2 研究方法
  •     4.2.1 多物种同源基因统计分析
  •     4.2.2 构建多基因联合比对图谱
  •     4.2.3 多基因组局部共性线比对
  •   4.3 结果与分析
  •     4.3.1 多物种同源基因统计分析
  •     4.3.2 构建多基因组联合比对图谱
  •     4.3.3 多基因组局部共线性比对
  •   4.4 小结
  • 第5章 猕猴桃祖先多倍体性质研究
  •   5.1 数据材料
  •   5.2 研究方法
  •     5.2.1 基因丢失统计
  •     5.2.2 基因保留统计
  •     5.2.3 表达差异分析
  •   5.3 结果与分析
  •     5.3.1 基因保留统计
  •     5.3.2 基因丢失与进化
  •     5.3.3 表达差异分析
  •   5.4 小结
  • 第6章 全基因组猕猴桃VC相关基因分析
  •   6.1 数据材料
  •   6.2 研究方法
  •     6.2.1 猕猴桃与参考基因组中VC相关基因的鉴定
  •     6.2.2 分事件的VC相关基因统计
  •     6.2.3 基因序列GC含量分析
  •     6.2.4 VC相关基因进化模式分析
  •     6.2.5 正选择分析
  •     6.2.6 基因组中VC相关基因的系统发育分析
  •   6.3 结果与分析
  •     6.3.1 基因组中VC相关基因家族的确定
  •     6.3.2 基因序列GC含量分析
  •     6.3.3 VC相关基因进化模式分析
  •     6.3.4 正选择分析
  •     6.3.5 基因组中VC相关基因系统发育分析
  •     6.3.6 全基因组加倍与VC相关基因的关联分析
  •   6.4 小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录 A猕猴桃同源基因授粉后20天成熟果实中的保留与表达
  • 附录 B猕猴桃同源基因授粉120 天成熟绿色果实中的保留与表达
  • 附录 C猕猴桃同源基因授粉127 天成熟绿色果实中的保留与表达
  • 致谢
  • 导师简介
  • 作者简介
  • 学位论文数据集

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李晶

    导师: 王希胤,王金朋

    关键词: 猕猴桃,基因组,同源多倍化,基因共线性,物种进化,代谢途径

    来源: 华北理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,农业科技

    专业: 生物学,生物学,园艺

    单位: 华北理工大学

    分类号: S663.4;Q943.2

    总页数: 79

    文件大小: 5851K

    下载量: 218

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