利用高通量测序探讨高山植物花特征演化

	利用高通量测序探讨高山植物花特征演化
	周知里
导师	杨永平
学位专业	植物学
关键词	花颜色蜜距视觉信号关键基因遗传分化
摘要	中国西南山地是全球生物多样性热点地区之一，存在大量的特有物种。近二十年谱系地理学的飞速发展对这一地区植物的物种形成模式和种群遗传结构研究已经初具规模且轮廓相对清晰，而结合高通量测序对这一地区植物演化的机制研究仍然处于起步阶段。花是植物的繁殖器官，花形态的变化通常伴随着传粉者不同的访问偏好，最终会引起繁殖隔离甚至物种分化。因此，研究花特征的演化过程及其机制成为自达尔文时代以来一个重要的研究主题，而在高通量测序发展的背景下，植物种内的花部特征变异为揭示花特征的演化机制打开了一个窗口。本论文以花颜色和花形态为切入点，结合高通量测序，选取了种内花颜色存在变异的白菜型油菜，疏花软紫草，早花象牙参和花形态存在变异的直距耧斗菜四种高山植物，开展了以下研究，主要内容及结果如下所述。1.白菜型油菜吸收紫外花特征的变异及其机制通过野外调查发现，白菜型油菜种内吸收紫外花特征发生明显分化，出现紫外花斑点大小不一的现象。研究结果表明，吸收紫外花斑点具有吸引蜜蜂传粉的功能，蜜蜂访花显著偏好紫外吸收较大的花；随着紫外花斑点的增大，花蜜量和雌性适合度显著增大。吸收紫外花斑点为黄酮类化合物，该化合物在吸收紫外大斑点和小斑点间含量差异很大。基于转录组测序筛选了两个与斑点大小变异表型相关的候选基因。经表达量比较及序列克隆，推测fls基因的启动子序列差异和bZIP16基因的表达量差异可能与白菜型油菜吸收紫外花特征变异有关。2.疏花软紫草花斑点褪色的机制疏花软紫草花瓣上具有5个深紫色斑点，在其开花过程中，深紫色斑点随着花开过程逐渐褪色直至消失。研究结果发现，疏花软紫草的斑点为花青素类化合物（锦葵色素衍生物），该化合物在即将开放的花蕾期含量最高。利用二代和三代转录组测序结果筛选了与斑点褪色相关的候选基因。经表达量比较，序列克隆以及烟草瞬时表达实验，推测Asmyb114基因可能具有抑制花青素合成的功能，AsAOMT和Asmyb114基因表达量的显著变化可能是导致疏花软紫草花期斑点褪色的原因。3.早花象牙参花颜色变化的遗传效应早花象牙参存在紫色和黄色两种花色表型，而两种花色表型既有同域分布也有异域分布。研究结果表明，与紫色花表型相比，黄色花表型的花青素化合物（飞燕草色素衍生物和失车菊色素衍生物）含量几乎为零。利用转录组测序分析同域和异域不同花颜色表型的遗传结构，发现同域和异域不同表型的早花象牙参划分为三个群体，异域分布的两种花颜色表型间存在显著的遗传分化，而同域分布的种群间存在基因交流但仍存在着一定程度的遗传分化。GO注释以及基因差异表达分析结果表明，参与繁殖过程以及次级代谢产物合成的基因遗传分化程度较高，推测繁殖相关基因的分化促进了早花象牙参不同花色的分化，而ANS基因可能是导致早花象牙参花色分化的关键基因。4.直距耧斗菜花距长度变化的机制直距耧斗菜的种群内呈现出花距长度显著变化（1 mm-18 mm）的现象。扫描电镜观察发现，单位面积内不同蜜距长度和蜜距不同部位上的细胞数目和细胞极性均无显著差异，表明细胞数目的变化是导致直距耧斗菜花距长短变化的原因。转录组测序的结果表明，非激素相关的细胞分裂基因是引起直距耧斗菜种内花距长短变化的原因。
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	博士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/73973
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	周知里. 利用高通量测序探讨高山植物花特征演化[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

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