金虎尾目质体基因组结构多样化研究

	金虎尾目质体基因组结构多样化研究
	金冬敏
关键词	质体基因组结构变异 Ir丢失基因丢失金虎尾目
摘要	质体作为真核植物存储有机物和进行光合作用的主要细胞器，包括叶绿体、有色体和白色体等。质体拥有自身的遗传物质DNA，即质体基因组 (plastid genome, plastome)。被子植物质体基因组一般为闭合环状DNA，长度一般在120 kb-160 kb之间。大多数自养被子植物的质体基因组为典型的四分体结构，即一对反向重复区 (~25 kb, Inverted Repeat Regions，IR) 和由反向重复区分隔开的大单拷贝区 (~85 kb, Large Single Copy Region，LSC) 与小单拷贝区 (~15 kb, Small Single Copy Region，SSC)。其中，IR在稳定质体基因组结构、基因修正和介导分子内重组等方面可能起着重要作用。金虎尾目 (Malpighiales) 作为被子植物中最大的目之一，该目植物在形态和习性上表现出相当高的多样性，在生态上和经济上都具有重要的意义。已有的研究在金虎尾目一些支系的质体基因组中发现了显著的结构变异，但目前已有研究仅对少数类群展开。本研究利用基因组浅层测序方法，新测序组装了29种植物的质体基因组，代表金虎尾目的15个科20属。通过整合已发表在GenBank的完整质体基因组序列数据，本研究对金虎尾目26科71属198种取样分析，提取编码蛋白基因构建了最大似然发育树，并在系统发育框架下开展该目质体基因组结构多样化研究。结果表明，金虎尾目中多个支系存在不同程度的质体基因组结构变异，主要表现为：1. IR扩张、收缩和丢失Caryocaraceae和Euphroniaceae的代表样本都发生了IR的大幅度扩张，IR长度分别为34.9 kb和37.7 kb。川苔草科 (Podostemaceae) 的两个代表样本的IR长度发生了显著的缩减 (约为6 kb)。核果木分支 (Putranjivoids) 两个科，即核果木科 (Putranjivaceae) 和五翼果科 (Lophopyxidaceae)，其所有代表样本都发生了IR丢失，这是被子植物自养类群IR丢失的第五例报道。2. 反转与易位假杧果科 (Irvingiaceae) 中两个代表样本在LSC共享了一个长约1 kb的反转。毒鼠子科 (Dichapetalaceae) 和Caryocaraceae的代表样本都发生了一个大片段的反转，反转区段长度分别约为20 kb和40 kb。Euphronia guianensis (Euphroniaceae) 发生了多次反转与易位。金丝桃科 (Hypericaceae) 和川苔草科的代表样本在LSC共享了一个长度大于50 kb的反转，包含了trnK-UUU到rbcL的所有基因。与Balanopaceae的质体基因组相比，所有核果木科物种的质体基因组都发生了较大程度的重排，但科内结构保守，重排距离为7，发生了多次反转或易位。而五翼果科物种Lophopyxis maingayi发生了两次反转和一次易位，其重排距离仅为3。以上多个类群中发现的反转都具有系统发育信号。Lophopyxis maingayi的质体基因组中出现一对长为271 bp的sIR (short Inverted Repeat, 短的反向重复序列)，介导分子内重组产生了一个长为44.8 kb的反转，存在两种同分异构体。而金丝桃科物种黄牛木 (Cratoxylum cochinchinense) 反转的断点区域出现一对长为76 bp的sIR，可能介导了56 kb的反转，但未发现有同分异构体的存在。3. 基因和内含子丢失金虎尾目各科多个质体基因组中都发生了不同程度的基因和内含子丢失。其中，丢失频率最高基因是infA，在很多类群中都丢失了该基因。ycf1和ycf2作为质体基因组中最长的两个基因，目前功能还没有被解析清楚，但是在Euphronia guianensis，藤黄分支 (Clusioids) 和核果木分支中都发生了假基因化或丢失，而对应的物种未发现有明显的表型缺陷。该研究第一次报道金虎尾目中质体基因组的IR丢失事件，发现了该目多个科的质体基因组发生了IR扩张，IR收缩，IR丢失，反转与易位，基因及内含子丢失及由sIR介导细胞内重组产生反转和同分异构体等现象，并结合系统发育树解析了金虎尾目代表样本的结构多样化模式和演化规律。该研究将有助于更深入地了解金虎尾目质体基因组的结构特征、变异及演化模式，为研究其演化机制提供重要基础，同时对理解植物质体基因组的多样化具有重要作用。
语种	中文
	2020
学位授予单位	中国科学院大学
学位名称	硕士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75702
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	金冬敏. 金虎尾目质体基因组结构多样化研究[D]. 中国科学院大学,2020.

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201628010615023.pdf（10458KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	请求全文