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棱果花全基因组测序及花色变异的进化遗传学分析

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棱果花全基因组测序及花色变异的进化遗传学分析

作者：黄伟城仲恺农业工程学院

学位级别：硕士

棱果花(Barthea barthei(Hance)Krass.)属于桃金娘目(Myrtiflorae)野牡丹科(Melastomataceae)棱果花属(Barthea)植物,其花色美丽,冬季开花,花期长,具有较高的观赏价值较,其中变种宽翅棱果花(Bartheabarthei ***)处于濒危状态,为亟待保护及应用开发的乡土树种。了解物种的居群遗传多样性水平及遗传结构、居群历史动态变化是开展保护生物学及利用开发的重要前提。对于花色、花期种内自然变异遗传机制的解析,有助于提高新品种选育的效率。因此,本研究对棱果花开展全基因组测序及比较基因组学分析、自然居群花色变异的居群遗传学分析,探索调控棱果花花色自然变异的分子机制。主要研究结果如下:(1)完成棱果花高质量染色体级别基因组组装及注释。本研究通过基因组预测分析,初步估计棱果花基因组大小约为246 Mb,杂合度约为0.71%,重复率约为33.1%。采用第二代Illumina和第三代PacBio测序技术进行棱果花全基因组测序及初步组装,最后利用Hi-C测序数据将组装结果进一步锚定到20条染色体。组装结果为235.03 Mb,支架(scaffold)N50长达11.76 Mb;将支架(scaffold)锚定到20条假定染色体上,占基因组总长99.8%。原始测序数据比对率都在85%以上,基因组完整性评估(BUSCO v3.0)完整度为97.1%-99.6%,长末端重复序列组装指数(LTR Assembly Index,LAI=13.7)显示基因组组装符合参考基因组级别。结合从头预测,同源预测等方法,共预测出46,430个编码基因。另外,棱果花共有54.42 Mb(23.13%)的重复序列及1560个非编码RNA被鉴定。以上结果说明棱果花基因组组装结果的连续性好、正确性和完整性高。(2)棱果花基因组历史动态变化重建。比较基因组学分析中,12个物种共鉴定了 314个单拷贝基因家族。基于串联法及溯祖法的系统发育树构建,确定了棱果花与近缘物种的系统进化关系。基因家族扩张收缩及基因组水平的选择压力分析,鉴定到一些富集于花青素生物合成相关的通路的基因,这些基因可能与棱果花花色自然变异有关。同时,基于基因组共线性分析及Ks分析,推测棱果花及其祖先发生了两次全基因组复制(Whole genome duplication,WGD),分别在大约16.3百万年和63.6百万年,其中较古老的全基因组复制事件发生在野牡丹科与桃金娘科分化之后(100.3～113.9百万年)。(3)筛选到主要调控棱果花花青素生物合成的转录因子成员。基于棱果花全基因组,对三个调控花青素生物合成的主要基因家族MYB、bHLH及WD40进行鉴定,成员数分别为489、222及330个。结合系统发育分析以及差异表达分析,共筛选出9个候选基因(候选成员:BbWD40146、BbWD40169、BbWD40274、BbbHLH22、BbbHLH187、BbbHLH212、BbMYB121、BbMYB204 及 BbMYB271)。通过蛋白互作预测分析,进一步鉴定到6个候选基因的蛋白能发生强烈的相互作用,其中BbMYB204、BbbHLH187、BbbHLH212及BbWD40274极有可能通过形成MBW复合体的形式调控花青素生物合成。(4)从全基因组水平上分析棱果花的居群遗传结构、遗传多样性及居群历史动态。对31份棱果花样品进行全基因组重测序,共鉴定出41,551,957个单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNPs)和 7,519,741 个插入缺失多态性(Insertion and deletions,InDels)。居群遗传结构、及遗传组成主成分分析(Principal component analysis,PCA),将31份棱果花分为四组,其中惠东(HD)及阳春(YC)居群为显著进化独立单元。居群历史动态分析结果表明,棱果花居群主要经历两次遗传瓶颈事件,其中第一次瓶颈事件发中新世时期。在艾木间冰期,HD及YC居群经历第二次瓶颈事件。可能由于冰期避难所作用,上思(SS)居群在末次冰期冰盛期经历第二次瓶颈事件。选择压力分析揭示Barthea19645(BbMYB121)及Barthea26008两个受选择基因参与与棱果花花青素生物合成调控。综上所述,本研究完成棱果花高质量染色体水平基因组组装,解析棱果花的系统发育关系、基因家族进化及全基因组复制历史,筛选到调控棱果花花青素生物合成的转录因子成员,揭示棱果花的居群遗传结构、居群历史动态。以上结果为棱果花的保护遗传学及新品种选育提供了重要的遗传信息资源。

关键词：棱果花全基因组测序比较基因组学居群遗传学花色变异

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我国棱果花天然主要分布区叶片多样性分析

热带亚热带植物学报 2023年第2期31卷 173-180页

作者：徐斌易礼江林子湛陈新宇廖焕琴潘文杨会肖广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院广州510520 广东省沙头角林场广东深圳518081 广东阳春鹅凰嶂省级自然保护区管理处广东阳春529631

为了解棱果花(Barthea barthei)种质资源叶片表型的多样性,对棱果花6个种群的139株的叶片性状进行方差分析、相关性分析、主成分分析及聚类分析。结果表明,棱果花种群间和个体间的叶片表型性状存在显著差异,变异系数为0.14~0.84,平均为0... 详细信息

为了解棱果花(Barthea barthei)种质资源叶片表型的多样性,对棱果花6个种群的139株的叶片性状进行方差分析、相关性分析、主成分分析及聚类分析。结果表明,棱果花种群间和个体间的叶片表型性状存在显著差异,变异系数为0.14~0.84,平均为0.32,说明棱果花叶片性状变异较大。叶面积、叶周长与叶长间的相关系数为0.75~0.99。叶片性状可提取为5个主成分,累计贡献率达88%,其中叶片的面积、周长、宽度、长/宽和叶形是表型变异的主要因素。聚类分析将139株棱果花分为6组,第Ⅰ组包含34株材料,第Ⅱ组7株,第Ⅲ组1株,第Ⅳ组15株,第Ⅴ组37株和第Ⅵ组45株,说明来自不同种群的棱果花植株分散在不同的组中,棱果花叶片表型与来源无显著关系。因此,棱果花叶片表型多样性丰富,其中种群间和单株间具有丰富的多样性,可为棱果花遗传改良和新品种选育提供基础。

关键词：棱果花种质资源叶片性状相关性分析

不同类型养分对棱果花苗期生长及根系发育的影响

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广东农业科学 2023年第7期50卷 115-126页

作者：杨晓慧桑贤东杨会肖廖焕琴林晓莹陈新宇潘文张卫华徐斌广东省林业科学研究院/广东省森林培育与保护利用重点实验室广东广州510520

【目的】棱果花是我国特有的野牡丹科棱果花属灌木,具有重要的观赏价值。然而,棱果花主要分布于野外,其人工栽培技术体系尚未完全建立,大大限制了其作为园林绿化植物的应用潜力。通过比较不同养分类型、不同施加浓度对棱果花幼苗生长和... 详细信息

【目的】棱果花是我国特有的野牡丹科棱果花属灌木,具有重要的观赏价值。然而,棱果花主要分布于野外,其人工栽培技术体系尚未完全建立,大大限制了其作为园林绿化植物的应用潜力。通过比较不同养分类型、不同施加浓度对棱果花幼苗生长和根系指标的影响,确定影响棱果花苗期生长的主要养分用量,旨在为棱果花壮苗培育提供科学依据。【方法】以棱果花组培苗为试验材料,移栽至黄心土为栽培基质的育苗杯中培养3个月后,分别施加6种N素养分(谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、普通复合肥、尿素、长效控施肥)、3种施用量(0.7、1.4、2.8 mg/株),每月测定棱果花的苗高、叶绿素含量,试验结束时测定棱果花根系指标。【结果】养分类型与施用量对棱果花幼苗早期的生长发育影响显著,以2.8 mg/株天冬氨酸处理(T9)棱果花幼苗1个月后苗高增量最大、达5.18(±0.13)cm,4~5个月后增量变小;1.4 mg/株丙氨酸处理(T5)的苗木前2个月苗高增量与对照相比差异不大,而第4、第5个月后苗高增量显著高于对照;2.8 mg/株长效控释肥处理(T18)的苗高增量在第4、5个月后最大;1.4 mg/株尿素(T14)、2.8 mg/株天冬氨酸(T9)、2.8 mg/株尿素(T15)处理的根生物量最大,分别为0.71(±0.40)、0.65(±0.21)、0.64(±0.24)g;T9处理下直径≤2 mm的根表面积为273.63 cm^(2),显著高于其他处理。【结论】以苗高、直径≤2 mm的根表面积为筛选指标,适合棱果花早期生长的养分类型为天冬氨酸,施用量为2.8 mg/株。

关键词：棱果花组培苗生长指标叶绿素含量养分管理根系发育

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江西省种子植物新记录(二)

赣南师范大学学报 2020年第3期41卷 73-74页

作者：刘剑锋谢宜飞赣南师范大学生命科学学院江西赣州341000

本文报道野生分布于江西省南部地区的2个种子植物新记录种,粘木Ixonanthes reticulata Jack和棱果花Barthea barthei(Hance ex Bentham)Krasser.其中,黏木科(Ixonanthaceae)为江西省植物新记录科,棱果花属(Barthea)为赣南地区植物新记录... 详细信息

关键词：种子植物粘木棱果花