小麦族含Ns染色体组物种叶绿体基因组系统发育分析
作者单位：四川农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：凡星
授予年度：2020年
主 题：叶绿体基因组 小麦族 系统发育 母系供体 Xm基因组
摘 要：全基因组复制即多倍化,是促进生物进化改变的重要驱动力,也是植物适应自然环境的主要方式。追踪多倍体物种的祖先对于了解这些物种是如何起源以及起源之后如何进化具有重要意义,也对进一步提高植物种质资源的保护和利用提供理论指导。叶绿体基因组由于不易发生基因组内重组事件、具有较小的有效群体规模、母系遗传等特性而被广泛应用于植物系统发育推断、了解植物物种形成的过程及分化特征。同时,叶绿体基因组上的基因会发生适应性进化,产生新的表型特征,有利于物种的多样性产生,有些潜在的核质互做也有利于推动物种的分化。这对物种形成与分化有着重要的作用,适合于植物类群中的系统发育研究以及物种起源和分化的推断。新麦草属(Psathyrostachys Nevski)是小麦族中非常重要的二倍体属,赖草属(Leymus Hochst.)和牧场麦属(Pascopyrumá.L?ve)则为异源多倍体属,它们构成小麦族含Ns染色体组的三个属,其是北半球草原与草甸,以及荒漠植被的主要构成组分,也是麦类作物改良的重要基因资源。但含Ns染色体组物种繁多、起源复杂,特别是赖草属和牧场麦属Xm染色体组的来源未知。因此对这三个含Ns染色体组的属进行叶绿体基因组系统发育分析以便澄清亲缘关系具有重要意义。本研究通过对7份新麦草,8份赖草属物种,1份牧场麦属物种与33份小麦族二倍体物种及3份披碱草属物种的完整叶绿体基因组进行系统发育分析,探讨含Ns染色体组的属间关系,获得主要结果如下:1.对52份材料的完整叶绿体基因组矩阵系统发育分析,结果显示来源于北美的牧场麦属物种Pascopyrum smithii与披碱草属物种Elymus sibiricus聚为一支,表明Pascopyrum smithii在其多倍体物种形成过程中以披碱草属St H染色体组供体物种为母系。2.完整叶绿体基因组矩阵系统发育分析结果表明:来源于欧亚大陆的赖草属物种Leymus chinensis、Leymus duthiei、Leymus arenarius、Leymus racemosus和Leymus multicaulis以新麦草Ns染色体组作为母系供体形成多倍体物种,而来源于欧亚大陆的Leymus coreanus和Leymus komarovii以及北美的Leymus triticoides在其多倍体物种形成过程中以Xm染色体组供体物种为母系。说明含Ns染色体组的多倍体物种中存在母系单倍型多态性。3.为探讨Xm基因组的来源,我们执行编码基因矩阵、非编码区矩阵、St/E基因组序列矩阵、O基因组序列矩阵、W基因组序列矩阵及P基因组序列矩阵分析:(1)编码基因矩阵与非编码区矩阵的遗传距离与网状支系分析,遗传距离结果均显示Xm基因组与St/E、O、P、W、F/Xe基因组关系密切,网状支系图结果显示与Xm单倍型平均突变步数最少的单倍型均为St/E、O、W、P单倍型,表明Xm基因组与St/E、O、W、P基因组关系密切;(2)对St/E、O、W、P五个基因组序列矩阵进行系统发育分析、网状支系及种群间DNA差异分析,系统发育树与完整叶绿体基因组矩阵系统发育树几乎完全一致,网状支系分析结果显示与Xm单倍型突变步数最少的分别为St/E、W、P四个基因组所对应的单倍型,种群间DNA差异分析结果在很大程度上显示Xm基因组与St/E、W、P四个基因组所对应的居群分化程度最小并与Ns基因组亲缘关系最远。综合上述结果表明Xm基因组与St、E、W、P四个基因组亲缘关系密切,推测Xm基因组的二倍体祖先已经灭绝,现如今的Xm基因组就像一个涉及St、E、W、P四个基因组的镶嵌基因组。
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