一年生大芻草-玉米轉(zhuǎn)錄組的比較研究及馴化相關(guān)基因鑒定.pdf

1、玉米是世界上重要的糧食、飼料及能源作物，其總產(chǎn)量已躍居所有作物之首。然而，隨著世界人口的急劇增長(zhǎng)，可耕種土地面積的大幅度縮減以及全球氣候變化的加劇，使得玉米的安全生產(chǎn)面臨著巨大的壓力。因此，合理利用野生資源，挖掘有利等位基因，不斷提高玉米的生物、非生物抗性以及單位面積產(chǎn)量就顯得尤為重要。本研究利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的方法對(duì)6份大芻草品系以及10份玉米自交系進(jìn)行了苗期轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，通過(guò)大芻草轉(zhuǎn)錄組的de novo拼接及功能注釋?zhuān)瑸榇笃c草的遺傳研究提

2、供了一套較為完整的轉(zhuǎn)錄組序列信息;同時(shí)，基于大芻草與玉米轉(zhuǎn)錄組之間的序列比對(duì)，本研究剖析了大芻草與玉米之間轉(zhuǎn)錄本序列的多樣性，對(duì)大芻草苗期特異轉(zhuǎn)錄本的來(lái)源進(jìn)行了追溯;最后，本研究比較了玉米與大芻草之間直系同源基因可變剪切水平的差異，結(jié)果顯示玉米的馴化過(guò)程傾向于增加基因的可變剪切水平，以增加玉米基因轉(zhuǎn)錄本的多樣性，從而提高玉米的生態(tài)適應(yīng)性。本研究主要結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)大芻草苗期轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，本研究de novo拼接得到了一套高質(zhì)

3、量的大芻草苗期轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，總共拼接了98，431個(gè)unigenes，其中N50及N90長(zhǎng)度分別為1，170bp與322bp，平均長(zhǎng)度為770bp。通過(guò)與KEGG、COG以及Pfam等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行序列相似性比對(duì)，獲得了62，989個(gè)大芻草unigenes(63.99％)的注釋信息。
　　2.玉米與大芻草之間的轉(zhuǎn)錄本序列比對(duì)結(jié)果顯示:75％的大芻草unigenes在二者間高度保守;同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)有～10％的unigenes特異性地在

4、大芻草中表達(dá)，其中有721個(gè)unigenes能夠很好地與擬南芥、水稻、高粱以及短柄草的基因序列進(jìn)行匹配;另外，有571個(gè)unigenes能夠很好地匹配到玉米參考基因組的基因間區(qū)域，為表達(dá)的存在/缺失變異(ePAVs)。
　　3.基于高通量測(cè)序得到的不同樣本的測(cè)序數(shù)據(jù)，本研究一方面將所有樣本的reads比對(duì)到B73參考基因組，共檢測(cè)到588，971個(gè)SNPs及270，024個(gè)Indels，系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析結(jié)果顯示溫帶玉米自交系、熱帶玉

5、米自交系以及不同亞種的大芻草樣本能夠很好地進(jìn)行區(qū)分;另一方面，針對(duì)de novo拼接所得到的98，431個(gè)unigenes，總共鑒定到14，659個(gè)簡(jiǎn)單重復(fù)序列(SSR)位點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了11，286對(duì)基于大芻草基因組信息的SSR標(biāo)記，為今后大芻草的遺傳分析及群體遺傳學(xué)研究提供分子標(biāo)記。
　　4.本研究同時(shí)也鑒定了13，593個(gè)玉米與大芻草間直系同源的基因，并對(duì)同源基因間的可變剪切事件進(jìn)行了鑒定。研究結(jié)果顯示二者間可變剪切的類(lèi)型與比例

6、并無(wú)顯著差異，內(nèi)含子保留及可變受體位點(diǎn)兩種可變剪切類(lèi)型占所有可變剪切事件的60％以上。在玉米中，每個(gè)發(fā)生可變剪切的基因能夠檢測(cè)到4.12種不同的可變剪切轉(zhuǎn)錄本，而大芻草只有2.26種。同時(shí)，對(duì)于內(nèi)含子保留這種可變剪切類(lèi)型，共檢測(cè)到98個(gè)轉(zhuǎn)座子插入到94個(gè)玉米基因的內(nèi)含子中，而只有9個(gè)轉(zhuǎn)座子插入在大芻草所保留的內(nèi)含子中，以上結(jié)果顯示轉(zhuǎn)座子插入在玉米可變剪切形成過(guò)程中可能發(fā)揮了重要的作用。另外，比較玉米與大芻草的可變剪切水平發(fā)現(xiàn):有3，86

7、4個(gè)基因的可變剪切水平在不同物種間存在顯著差異，多數(shù)基因(2，766，71.58％)在玉米的馴化改良過(guò)程中傾向于增加基因的可變剪切水平，其中有151個(gè)可變剪切水平改變的基因與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)與脅迫響應(yīng)相關(guān)，并位于玉米改良過(guò)程中受到強(qiáng)烈選擇的區(qū)段內(nèi)，證明基因可變剪切水平的增加很可能發(fā)生在玉米的改良階段。
　　本研究所得到的一整套轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)能夠?yàn)榻窈蟠笃c草的遺傳學(xué)研究提供序列支持，同時(shí)也能夠?yàn)橛衩滓吧Y源中有利基因的挖掘提供參考。另外，通過(guò)比