十字花科植物基因组共线性关系的研究及应用
十字花科植物基因组共线性关系的研究及应用
【摘要】： 十字花科(Cruciferae)作物是中国蔬菜类作物中种植面积最大的一类，也是开花类植物中很有经济价值的科目，包括许多重要的蔬菜、花卉、油料、饲料及药用作物，在我国农业生产中占有重要的地位。利用比较基因组学的方法深入分析该科植物基因组之间的共线性关系，对于了解十字花科作物的起源、演化、分化和分类，充分利用十字花科物种丰富的遗传资源，培育和创建十字花科优良品系具有重大的理论和实践意义。芸薹属作物是十字花科作物中栽培面积最大，总产量最高的一类。它包括白菜类、甘蓝类等蔬菜作物，其中白菜类作物是一种重要的经济作物，2008年我国启动了新一代的测序技术对白菜品种齐福（Chiifu）进行全基因组测序，确定了其基因组在进化过程中发生了全基因组三倍化，这对于研究基因组三倍化后基因的进化提供了很好的材料。白菜的祖先种与模式物种拟南芥非常相似，它们大约在1300－1700万年前发生了分化，这两个物种的基因组依然维持着良好的线性关系。研究发现，白菜在基因组发生三倍化之后，与器官形态变异有关的生长素相关基因发生了显著的扩增，但是白菜全基因组复制如何对串联重复基因的进化产生影响没有深入研究。本研究利用了已测序的十字花科作物拟南芥（Arabidopsis thaliana）、琴叶拟南芥（Arabidopsislyrata）、盐芥（Thellungiella parvula）、白菜（Brassica rapa）和甘蓝（Brassica oleracea）的基因组序列，对十字花科物种间的共线性关系进行了分析，并利用白菜与拟南芥的共线性关系，研究白菜基因组三倍化后基因的扩增和对串联重复基因的影响。主要结果如下：1.以五个已测序的十字花科植物为材料，通过以拟南芥为中心，得到物种间的共线性关系。从共线性结果可以看出白菜和甘蓝基因组在与拟南芥分化之后发生了全基因组三倍化。通过对基因家族进化的分析，从而验证十字花科物种进化、起源的关系。从结果可以看到，拟南芥与琴叶拟南芥的亲缘关系较近，白菜与甘蓝同属芸薹属，且基因组均发生了基因组三倍化，亲缘关系较近，相对于鼠尔芥属，盐芥与白菜的亲缘关系更近。2.基于白菜与拟南芥的共线性分析结果，通过GO功能分类对白菜三倍化和串联复制之后的基因保留做了分析，得出在白菜基因组三倍化后，与环境因子和植物激素刺激及合成相关的基因保留下来发挥功能，这些功能的基因在其它物种中没有发现过保留现象，为白菜中特有的保留基因。串联重复基因的保留情况与已研究的物种相似，保留了与生物和非生物胁迫相关的基因类型。3.全基因组三倍化对串联重复基因的进化影响分为两部分，一部分为全基因组三倍化对保守的串联重复基因的影响，结果发现在白菜全基因组三倍化之后，保守的串联重复基因簇的数量和串联重复基因的数量明显的减少，另一部分为全基因组三倍化之后新产生的串联重复基因簇基本不受基因组三倍化的影响。同时，串联重复基因的进化过程中，环境因素对它也有一定的影响。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
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