皂莢屬系統(tǒng)進(jìn)化分析及SSR分子標(biāo)記開(kāi)發(fā).pdf

1、I摘要皂莢屬植物有著較高的生態(tài)價(jià)值、藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其物種進(jìn)化關(guān)系的探究和分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)可為種質(zhì)資源評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。為探究皂莢屬植物在豆科中的遺傳進(jìn)化關(guān)系以及其在進(jìn)化中經(jīng)歷的正選擇與高度抗逆性、次生代謝的關(guān)聯(lián)，本研究利用系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)方法，通過(guò)對(duì)豆科植物構(gòu)建一對(duì)一的直系同源組，進(jìn)行多序列比對(duì)構(gòu)建物種進(jìn)化樹(shù)，并對(duì)皂莢和美國(guó)皂莢正選擇基因進(jìn)行鑒定和功能注釋。同時(shí)，為了在分子水平上揭示皂莢屬種間的親緣進(jìn)化關(guān)系，選擇葉綠體DNA的MatK、

2、PsbAtrnH、TrnLF三個(gè)片段，利用PCR擴(kuò)增及測(cè)序技術(shù)，建立皂莢屬的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。此外，皂莢缺乏用于遺傳資源評(píng)價(jià)的分子標(biāo)記，使用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)皂莢ESTSSR引物進(jìn)行開(kāi)發(fā)，為今后皂莢資源遺傳多樣性的評(píng)價(jià)提供分子手段。主要研究結(jié)果如下：1.在4種（蒺藜苜宿、光葉百脈根、大豆和菜豆）具有全基因組序列的豆科植物中，通過(guò)檢測(cè)獲得3278個(gè)核心直系同源組，進(jìn)一步擴(kuò)展到其他18種豆科植物的轉(zhuǎn)錄組以及作為外來(lái)群的楊樹(shù)和擬南芥基因組中。在24個(gè)物種

3、中獲得98個(gè)1對(duì)1的直系同源組，分別對(duì)每個(gè)直系同源組進(jìn)行多序列比對(duì)并連接，最終獲得含有16326個(gè)氨基酸位置的超級(jí)比對(duì)矩陣，構(gòu)建物種進(jìn)化樹(shù)。通過(guò)物種進(jìn)化樹(shù)可以看出，皂莢屬與肥皂莢屬表現(xiàn)出明顯的親緣關(guān)系，一起作為一個(gè)分支與伊利諾含羞草、美麗鷓鴣豆和毛果決明構(gòu)成一個(gè)大的分支，表明兩個(gè)分支在進(jìn)化上具有較近的親緣關(guān)系。同時(shí)，除了加拿大紫荊，其他的豆科植物構(gòu)成了一個(gè)很大的分支，并且與皂莢、伊利諾含羞草、美麗鷓鴣豆和毛果決明構(gòu)成的分支獨(dú)立開(kāi)來(lái)，說(shuō)明

4、皂莢屬的祖先很早就已經(jīng)和其他豆科植物分化開(kāi)來(lái)。而加拿大紫荊獨(dú)立形成一個(gè)分支，并在進(jìn)化樹(shù)中與其他豆科植物的祖先構(gòu)成姊妹支，說(shuō)明分化時(shí)間更加久遠(yuǎn)，在皂莢從其他豆科植物分化前就已經(jīng)形成了物種。通過(guò)物種進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建，證實(shí)了云實(shí)亞科比含羞草亞科進(jìn)化時(shí)間早，與蝶形花進(jìn)化時(shí)間相近。2.利用皂莢和美國(guó)皂莢轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建直系同源組，鑒定到2616個(gè)直系同源對(duì)，通過(guò)對(duì)2616個(gè)皂莢屬直系同源對(duì)的功能注釋，發(fā)現(xiàn)這些直系同源對(duì)基因主要行使“代謝過(guò)程”、“刺激反

5、應(yīng)”、“催化活性”、“高分子配合物”等GO功能，以及參與KEGG通路“次生代謝產(chǎn)物的生物合成”、“代謝途徑”、“植物病原體相互作用”等?；?616個(gè)直系同源對(duì)進(jìn)行正選擇基因檢測(cè)，有177個(gè)直系同源對(duì)基因在進(jìn)化中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的正選擇，對(duì)于正選擇基因的GO和KEGG功能富集分析，這些正選擇基因大都和代謝、脅迫抗性有關(guān)。3.基于cpDNA的MatK、PsbAtrnH、TrnLF三個(gè)片段序列，通過(guò)序列組合、校正比對(duì)，以肥皂莢、北美肥皂莢為外類群