真菌线粒体基因组测序组装及其在系统发育分析中的应用

	真菌线粒体基因组测序组装及其在系统发育分析中的应用
	吴建赟
导师	葛再伟
关键词	真菌线粒体基因组蘑菇属总dna浅层测序组装和质量评估系统亲缘关系
摘要	线粒体是真核生物细胞中重要的细胞器，在细胞代谢和生理过程中发挥着重要作用。线粒体基因组具有自己特定的基因组成、排列方式和功能特征，记载着生物演化过程中丰富的历史信息。它相对于核基因组而言，具有分子量小、基因组结构简单、基因排列紧凑、基因间重组概率小等特点。高等真菌除核基因组外，也含有线粒体基因组。前人基于少量的真菌线粒体基因组研究后发现：真菌线粒体基因组大小和进化速率介于动物和植物之间，进化速率比真菌核基因组快1~2个数量级。依据线粒体基因组序列的多态性重建系统亲缘关系，可能要比核基因组更为有效。本文以蘑菇属（Agaricus L.）真菌为例，采用总DNA浅层测序技术，利用高效拼接组装工具包GetOrganelle进行线粒体基因组数据（reads）的拼接和组装，对组装序列质量进行评估分析，并利用HomBlocks将33条线粒体基因组序列的14个局域共线性模块提取出来构成联合矩阵（序列长度为12,545 bp），利用Geneious Prime 2019内置插件RAxML 8.2.11和MrBayes 3.2.6分别构建最大似然树和贝叶斯树，主要结果如下：1. 实验材料及其对线粒体基因组序列质量的影响本研究共选取38份样品进行总DNA浅层测序。其中，菌株材料共计2份，液氮冻存材料18份，硅胶干燥材料12份，干标本材料6份。经序列拼接组装和质量评估分析得出：由菌株材料获取的线粒体基因组序列质量（完整性和准确性）最高，成环率和成功率最高，达到100%；来自于液氮冻存材料（成环率88.89%，成功率94.44%）和硅胶干燥材料（成环率75%，成功率91.67%）的线粒体基因组序列质量其次；而来自于干标本材料（成环率66.67%，成功率83.33%）的线粒体基因组序列质量最低。综合实际操作性和时间成本等因素考虑，认为硅胶干燥材料是批量获取高质量线粒体基因组序列较为理想的实验材料。2. 线粒体基因组reads筛选策略和拼接组装工具本研究利用组装工具包GetOrganelle对真菌线粒体基因组reads进行拼接和组装。GetOrganelle采用索引表（哈希表）和预分群筛选策略，使得线粒体reads在循环中能够更快地被捕获，跨越式延伸，减少了总体所需循环次数。GetOrganelle提供了一系列独立于主程序、又可在执行主程序时被调用的代码组件。在拼接组装真菌线粒体基因组数据过程中，实际运行效率高，计算机资源占用少，成环率和成功率高，组装出的真菌线粒体基因组序列质量高，是目前真菌线粒体基因组拼接组装的高效工具。3. 线粒体基因组在重建蘑菇属各亚属的系统发育中的应用本研究主要利用HomBlocks对各线粒体基因组序列的局域共线性模块（LCB）进行提取和构建联合矩阵。利用Geneious Prime 2019内置插件Mauve进行全序列排序比对，查看联合矩阵序列的共线性及基因覆盖度；然后利用内置插件RAxML 8.2.11和MrBayes 3.2.6分别构建最大似然树（ML tree）和贝叶斯树（BI tree）进行系统发育分析。以青褶伞（Chlorophyllum molybdites）作为外类群，重建了蘑菇属各亚属的系统发育关系，研究发现蘑菇属中6个亚属（subgen. Agaricus、Flavoagaricus、Minores、Minoriopsis、Pseudochitonia和Spissicaules）各自均分别聚为一支，均为单系群，这与前人基于核基因片段的研究一致。热带的Agaricus sp.（Wu1239）可能为一个独立的亚属级新支系。本研究讨论了实验材料与真菌线粒体基因组序列质量的关系，认为利用硅胶干燥保存材料是批量获取高质量真菌线粒体基因组的理想方法，解开了以往只局限于使用菌株材料获得真菌线粒体基因组的困局，为真菌线粒体基因组的大规模研究打开了局面。将拼接组装工具包GetOrganelle应用于真菌线粒体基因组组装，成功获得了高质量（完整性和准确性）的35份真菌线粒体基因组序列，为后续真菌线粒体基因组深入研究提供了保障，也将为真菌线粒体基因组计划补充提供批量宝贵数据。首次基于线粒体基因组数据探讨了蘑菇属各亚属的系统发育关系，发现蘑菇属下的6个亚属均为单系群，这与前人基于核基因片段的研究一致，即支持亚属系统分类等级；热带的Agaricus sp.（Wu1239）可能为一个独立的亚属级新支系。
语种	中文
	2020
学位授予单位	中国科学院大学
学位名称	工程硕士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75709
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	吴建赟. 真菌线粒体基因组测序组装及其在系统发育分析中的应用[D]. 中国科学院大学,2020.

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2016E8010661051.pdf（19635KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	请求全文