卷鞘鸢尾参考转录组的组装方法评估及应用

	卷鞘鸢尾参考转录组的组装方法评估及应用
	朱张士昌
导师	段元文
关键词	非模式生物,转录组测序,种质资源,鸢尾属,群体遗传 Non-Model Organism,RNA-Seq,Germplasm Resource,Iris,Population Genetics
摘要	非模式生物具有更高的多样性，但缺乏组学数据阻碍了对其多样性形成机制的深入研究。第二代转录组测序数据能为大量非模式生物提供组学资源，已有转录组从头组装评价方法在指标选取上不够全面且缺少整合，缺乏组装个体数评价，且评价类群主要为模式生物，无法充分指导从头组装。本论文以非模式生物卷鞘鸢尾（Iris potaninii）为对象，共测序了12个种群76个个体的转录组数据，评价了转录组从头组装软件和个体数的组装效果，确定了该物种的最优组装参数。基于最优参数组装了参考转录组，开展群体转录组分析，探讨了青藏高原地区卷鞘鸢尾的群体遗传多样性。主要结果与结论如下： 1. 参考转录组组装方法评估本论文从卷鞘鸢尾10个种群中随机挑选了10个个体的转录组数据，全面选取了17项组装质量指标（涵盖碱基、reads、contigs至转录组层面）与2项计算资源消耗指标（最大内存占用与运行时间），基于（0,1）归一化方法整合指标并构建评价体系，评价了rnaSPAdes、Trinity、Trans-ABySS、SOAPdenovo-Trans与Bridger等软件。结果表明，rnaSPAdes是卷鞘鸢尾的最优组装软件，其组装质量明显优于其余软件，且运行耗时较短。此外，基于参考基因组覆盖度评价了不同个体数的组装效果。结果表明，组装质量与计算资源消耗均随个体数增加而增加。当个体数达到30时，组装质量随个体数的增长开始放缓，且内存等计算资源消耗即将超出限制。最终确定卷鞘鸢尾的最优组装个体数为30。以上结果表明，应优先考虑组装质量，而计算资源可能是组装最优个体数的限制因素。 2. 参考转录组及其应用基于组装方法评价部分的最优转录组，从基因差异表达划分的4类个体中随机挑选了30个个体进行参考转录组组装。利用转录组数据，共获得了143,317条序列（unigene）与752,870个高质量SNP。卷鞘鸢尾种内遗传多样性较低（π = 1.739e-3），种群间遗传分化较低（FST = 0.101），种内变异主要集中于个体间（分子方差分析，占物种总变异的86.830%），种群遗传与地理距离无显著相关性（Mantel检验）。Stairway plot分析表明，该物种从1Mya至今的3次主要瓶颈事件分别对应希夏邦马冰期、古乡冰期与新冰期。所有个体分为4组（遗传结构、ML树与主成分分析），但4组缺乏明显的地理结构。在所有种群中，青海果洛的种群（I12）具有较高遗传多样性（π = 1.767e-3, Ho = 0.088, He = 0.077），包含4个组所有的遗传成分，并与I4、I5、I13与I14等种群存在历史基因流（Nm、ABBA-BABA检验与treemix分析）。综合以上结果，较为合理的解释是种群I12是卷鞘鸢尾在青藏高原的冰期避难所。冰期时种群收缩导致了种群间的基因交流，而伴随冰期-间冰期循环发生了多次种群迁移，两者促进该种形成了如今的遗传多样性格局。此外，环境关联分析（bayenv与lfmm）与基因功能注释（GO与KEGG）的结果表明，25个SNP及其所在基因（共23个）具有响应环境压力与DNA修复等功能，可能体现了对强紫外线、极端低温与干旱等高原恶劣环境的适应性。综上所述，本论文构建了较为通用的转录组组装评价体系，有助于指导从头组装高质量非模式生物转录组。此外，利用最优的组装结果，揭示了卷鞘鸢尾的遗传多样性与遗传结构，为种质资源进一步开发利用提供了依据。
语种	中文
	2022-05
学位授予单位	中国科学院大学
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75189
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	朱张士昌. 卷鞘鸢尾参考转录组的组装方法评估及应用[D]. 中国科学院大学,2022.

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