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向日葵（Helianthus annuus L.）叶绿体基因组分析及分子标记开发

花匠小妙招
2024-08-28 13:18

【摘要】： 向日葵(Helianthus annuus),菊科向日葵属,是一种经济价值很高的重要油料作物,其种质资源丰富,包括地方品种和野生资源。向日葵种质资源是新品种选育和改良的物质基础,因此向日葵种质资源的有效鉴定对于开展向日葵育种工作至关重要。叶绿体基因组是存在于叶绿体内的遗传物质,其进化速度慢,结构保守,且含有大量的遗传信息,对于物种起源及物种间亲缘关系的研究具有重要价值。SSR在基因组内分布均匀、含量丰富,且多态性较高。基因组DNA条形码和基于叶绿体基因组的SSR分子标记开发,是物种鉴定的有效手段。基于此,本研究开展向日葵种质材料的叶绿体基因组研究并筛选向日葵种内种间鉴定的候选条形码及cp SSR引物,补充了向日葵属植物的叶绿体基因组数据库,并为向日葵属植物的快速鉴定提供了参考。本研究利用生物信息学手段比对分析10个栽培型向日葵种质材料的基因组特点及差异,并构建向日葵属系统进化关系,从序列变异程度及系统发育树鉴定两方面对通用条形码及高变异片段进行适用性评价,设计cp SSR引物并验证引物多态性,研究结果如下:(1)利用第二代高通量测序技术获得10个向日葵材料的完整叶绿体基因组序列,基因组序列保守,长度在151,100 bp～151,150 bp之间,均具有84个蛋白编码基因、8个r RNA和35个t RNA。共有18个基因含有内含子,其中两个基因包含2个内含子(ycf3、clp P)。密码子使用方式相似,在碱基选择上偏好使用A/U,精氨酸、色氨酸和亮氨酸是同义密码子最多的氨基酸,甲硫氨酸和酪氨酸是同义密码子最少的氨基酸。10个向日葵材料的重复序列和SSR多位于非编码的基因间隔区,少部分的SSR分布于基因编码区,这部分区域包括mat K、rpo B、rpo C1、rpo A、ycf1片段。(2)IR区域边界分析、序列差异比对、共线性分析结果均表明,10个向日葵种质材料的叶绿体基因组结构保守,边界处基因分布情况高度相似,基因组无基因重排、丢失等情况发生,序列一致性较高,编码区较非编码区更为稳定,IR区无明显扩增趋势。核苷酸多态性(Pi)值分析共获得4个变异较高片段,包括2个非编码区片段和2个编码区基因,其中psa J基因的Pi值为0.05599,为核苷酸多样性最高片段。系统发育分析中,材料J-04与其他种质材料关系最远,同H.annuus cultivar HA89(PET2)单独聚为一支,J-07、J-01与其他材料的亲缘关系稍近于材料J-04,其他种质材料亲缘关系均较近。(3)从序列变异程度及物种鉴定两方面评估通用条形码(mat K、psb A-trn H、rbc L片段)的适用性,结果显示:变异位点占比最高的片段是psb A-trn H,达到了13.04%,mat K片段和rbc L片段的变异位点均很少。系统发育树显示,psb A-trn H片段、rbc L片段均可将J-04与其他种质材料区分开,但自展值都偏低,仅为66%。psb A-trn H片段可将向日葵属的不同种植物区分开,可考虑作为向日葵种间鉴定的候选条形码。通过10个向日葵种质材料叶绿体基因组全序列比对,按变异位点占比排序,筛选出5条高变异片段,包括3个非编码区片段和2个编码区片段。结果显示:trn H-GUGpsb A片段与psa J片段属间鉴定结果混乱,trn G-GCC-trn M-CAU片段无法区分向日葵属的不同种植物,均无法开发为向日葵属物种鉴定的候选条形码。rpl2片段的系统进化树将10个向日葵材料聚为一处的同时,还可区分材料与其他向日葵属植物。psb C-trn SGCU片段仅可将材料J-04与其他种质材料区分开,自展支持率高于85%。根据20个SSR位点设计了20对引物,经初步筛选,Hacp SSR4、Hacp SSR13、Hacp SSR19引物能扩增出相应条带,可进一步探究其开发为分子标记的潜在价值。

【学位授予单位】：佳木斯大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022

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