石竹目植物系统发育位置及基因组进化研究

作     者：肖启蒙 

作者单位：华北理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王金朋

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：石竹目植物 多倍化 系统发育位置 祖先染色体核型 基因家族进化 

摘      要：石竹目植物(Caryophyllales)是真双子叶植物早期分化的支系,包括大量有重要经济价值的作物。然而,目前石竹目植物的系统发育位置还存在争议,并且对石竹目植物多倍化及基因组进化的历史尚缺少系统研究。本研究通过对11个代表性石竹目植物及13个外类群物种基因组的比较,揭示了石竹目植物中一些多倍化事件的发生过程,并以此为基础,推断了石竹目植物的系统发育位置、基因组进化式样及对功能基因的影响。主要研究结果归纳为五个方面:(1)系统研究了石竹目植物多倍化历史,重构了7个多倍化事件发生过程,发现了4个新的多倍化事件,推断了多倍化产生的祖先基因组构成及跨物种之间的基因组同源信息,为石竹目植物系统发育位置和基因组进化分析提供了参考。(2)基于厘清的多倍化历史及基因组同源结构信息,通过基因组重排推断石竹目植物与真双子叶植物的菊分支为姊妹群。(3)比较了石竹目植物中由多倍化事件产生的8个古多倍体亚基因组间基因保留和丢失的不平衡程度,推断这些多倍化事件都可能为异源多倍化事件。特别地,通过基因组重排事件的比较,提出了霍霍巴和满天星中古六倍体事件的“两步基因组加倍模型。(4)重建了石竹目植物的祖先染色体核型,推断核心石竹目植物最近共同祖先有19条染色体;揭示了石竹目植物中6个科9个代表物种染色体进化轨迹。(5)以石竹目植物TPS基因和蜡酯合成基因为代表,揭示了多倍化及关联的基因组进化为基因家族的扩张和多样化提供了遗传基础。本论文的研究结果,能够加深理解石竹目植物演化中基因组及基因的变化,对认识石竹目植物基因组多样化有重要科学意义。利用基因组重排事件推断系统发育位置及古六倍体事件的发生历史,能为研究快速演化时期的进化事件提供新策略。图22幅;表2个;参91篇。