基于DArT芯片及葉綠體基因組分析的柑橘屬植物進(jìn)化與分類(lèi)研究.pdf

1、柑橘屬植物是世界上最重要的果樹(shù)之一，我國(guó)是柑橘屬植物重要的發(fā)源地。自1753年林奈創(chuàng)立柑橘屬以來(lái)的260余年時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)柑橘屬植物的分類(lèi)問(wèn)題展開(kāi)了一系列的研究。然而，由于柑橘屬植物芽變率高，種間、屬間易于雜交，加之人工栽培歷史悠久,栽培范圍廣從而導(dǎo)致了柑橘屬植物的進(jìn)化分類(lèi)及重要栽培種、野生種的起源問(wèn)題存在一定爭(zhēng)議，柑橘屬植物系統(tǒng)進(jìn)化的框架仍然有待完善。
　　迄今為止雖然有從形態(tài)學(xué)到分子學(xué)等方面的研究，但柑橘屬植物種間關(guān)系

2、仍然缺乏充分的分子證據(jù)。隨著生物信息學(xué)及高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，新的生物分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于植物分類(lèi)與進(jìn)化問(wèn)題的研究中。DArT芯片顯示技術(shù)（Diversity Arrays Technology,DArT）是在基因組水平上對(duì)物種或個(gè)體進(jìn)行鑒別的一種高通量技術(shù)。它把基因組文庫(kù)和基因芯片雜交檢測(cè)相結(jié)合，無(wú)需傳統(tǒng)的凝膠電泳分析，從而使檢測(cè)精度和檢測(cè)通量得到了大大的提高;同時(shí)也無(wú)需預(yù)先知道基因組的序列信息，因而將會(huì)是評(píng)價(jià)柑橘核基因組整體情

3、況的理想技術(shù)。
　　本研究利用基因芯片對(duì)柑橘屬植物進(jìn)行了研究，并對(duì)部分重要柑橘屬植物種類(lèi)進(jìn)行了高通量測(cè)序比對(duì)分析。構(gòu)建DArT芯片評(píng)估了24種柑橘及其近緣屬植物的進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行。植物葉綠體基因分子量小、組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單親遺傳，故為分析母系遺傳關(guān)系的理想手段。因此本研究還選擇了6種柑橘及其近緣屬植物進(jìn)行葉綠體全基因組測(cè)序，并通過(guò)比較分析篩選出了可作為DNA條形碼（DNA barcode）的多態(tài)性片段。
　　本研究以Swingle系

4、統(tǒng)中的15個(gè)柑橘種為芯片探針來(lái)源，構(gòu)建適用于柑橘屬植物的DArT芯片，并對(duì)24種柑橘及其近緣屬植物進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行分析。根據(jù)進(jìn)化分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有柑橘屬植物的材料均聚為一支,這表明柑橘屬植物可能為單系類(lèi)群。DArT芯片數(shù)據(jù)分析結(jié)果不支持Swingle分類(lèi)系統(tǒng)中將柑橘屬劃分為柑橘屬和大翼橙亞屬，暗示柑橘屬植物可能有一個(gè)更加復(fù)雜的進(jìn)化過(guò)程。DArT芯片數(shù)據(jù)分析還發(fā)現(xiàn)宜昌橙和莽山野橘可能是兩個(gè)單獨(dú)發(fā)生的關(guān)鍵種。同時(shí)對(duì)6種柑橘及其近緣種葉綠體基因進(jìn)

5、行了高通量測(cè)序，其中4種屬于柑橘屬，另有金柑屬和枳屬各1種。結(jié)合已完成測(cè)序的甜橙和來(lái)檬葉綠體基因組，比對(duì)分析共8個(gè)葉綠體基因組之間的差異。其中，葉綠體基因序列最小的是來(lái)檬，之后依次為枸櫞、柚、甜橙、莽山野橘、金柑、枳以及紅河大翼橙。8個(gè)柑橘及近緣種葉綠體基因組的基因順序、所編碼的基因數(shù)量、內(nèi)含子以及基因間隔區(qū)都高度相似。除來(lái)檬編碼137個(gè)基因之外，紅河大翼橙、莽山野橘、道縣野橘、枸櫞、柚子、甜橙、金柑、以及枳葉綠體基因組都編碼一套136

6、個(gè)基因，包括102個(gè)蛋白編碼基因，30個(gè)tRNA編碼基因，以及4個(gè) rRNA編碼基因。進(jìn)一步分析基因間隔區(qū)變異幅度，篩選出潛在的60個(gè)可作為分子條形碼的區(qū)域，為柑橘雜交種的親本鑒定及分析提供技術(shù)支持。
　　本研究結(jié)合DNA芯片技術(shù)和DNA條形碼的思想，在基于形態(tài)學(xué)特征的基礎(chǔ)上對(duì)柑橘屬植物現(xiàn)有種進(jìn)行基因組層面的研究，為柑橘屬植物分類(lèi)系統(tǒng)的進(jìn)一步完善、種的劃分及種間關(guān)系提供新的證據(jù)；并為我國(guó)柑橘屬植物資源的保護(hù)利用和分子鑒定奠定理論及