天门冬科黄精属系统发育基因组学研究

作     者：覃雨倩 

作者单位：吉首大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂泽龙

授予年度：2023年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：叶绿体基因组 Hyb-Seq测序 黄精属 网状进化 

摘      要：黄精属是天门冬科黄精族中最大和最多样的代表属,广布于北半球温带地区,特别是我国西南至北方的广大地区。以往对黄精属的系统发育研究主要基于叶绿体数据,系统框架以及属下一些种的系统关系和物种划分仍然存在很大的争议,所以亟需理清其属下系统关系以及可能存在的网状进化关系。此外黄精属的部分物种作为重要的药用植物被广泛利用,但是市场却存在材料混淆的情况,而叶绿体基因组数据是物种鉴定比较理想的证据。因此本研究首先选取了黄精属代表性5个植物的叶绿体基因组基本特征进行分析,为研究黄精属叶绿体基因组基本特征以及物种鉴定提供参考;其次以Hyb-Seq测序获得的黄精属及其近缘类群43个物种的全基因组以及叶绿体基因数据为研究材料,开展黄精属系统框架的重构以及其属下网状进化的分析。本研究首先组装得到瑯琊黄精完整的叶绿体基因组,并且与其他4个黄精属物种进行了比较分析。研究结果显示瑯琊黄精具有典型的四分体结构,黄精属的5个叶绿体基因组具有相似的基因含量和结构特征,总体结构上是保守的。但黄精属叶绿体基因组IR边界收缩/膨胀现象可能是造成物种间序列长度差异的原因。另外核苷酸多样性分析检测到几个差异区域,可作为新的DNA条形码用于物种鉴定。核基因与叶绿体全基因组数据构建的系统发育树都强力支持了黄精属的单系性,且属下分为三大分支,***,***,***,这与之前的系统发育研究基本一致。一些物种如点花黄精与距药黄精的位置与之前部分研究有所差异。各分支内部物种间的系统发育关系得到了比较好的支持,但部分分支的叶绿体结果的分辨率不高,可能是由于快速分化或者基因渗透等因素造成的。此外黄精属内存在较大的核基因与叶绿体基因树系统关系的冲突,基因树和物种树一致性分析也表明了黄精属内存在大量拓扑结构冲突,但它们主要体现在各分支内部。黄精属的杂交演化分析发现黄精属进化过程中杂交与基因渗透现象不明显,只有两个比较弱的基因渗透事件。总之,黄精属的叶绿体基因组在结构上总体相似且保守,IR边界和分化差异区域可以作为物种鉴定依据,为黄精属的种质资源管理提供参考。通过基于核基因和叶绿体基因组数据重构了黄精属系统发育关系,发现了黄精属的网状进化过程不是很明显。本研究对揭示北温带植物区系演化关系提供了有益的探索和重要的参考价值。