基于叶绿体全基因组序列的亚洲栽培稻起源及其驯化历史研究

摘要

亚洲栽培稻（Oryza sativa L.）是重要的粮食作物，是全球三分之一人口的主食，同时也是生物学研究的模式生物之一。尽管经过生物学家和考古学家们的努力，已经明确亚洲栽培稻大约是在一万年前由分布在南亚或中国的普通野生稻（Oryza rufipogon）驯化而来，但是，关于其起源方式和群体进化历史仍不明确。而且，不论是分子标记、功能基因还是对栽培稻核基因组的研究均表明基因流在栽培稻驯化中起重要作用，是明确栽培稻起源方式和群体进化的关键因素。由于叶绿体基因组具有单倍性、母性遗传、结构和功能高度保守等特点，使得通过比较亚洲栽培稻与其近缘野生种叶绿体基因组序列差异成为明确基因流在栽培稻驯化过程中作用的理想研究方法。本研究通过收集来源广泛、表型和基因型丰富、代表性强的亚洲栽培稻及其近缘野生种材料，对相应材料的叶绿体基因组进行测序并比较其单核苷酸多态性，探索基因流在亚洲栽培稻驯化过程中的影响，取得的主要研究结果如下:1）获得了32个indica，31个japonica和51个O.rufipogon叶绿体基因组，注释比对后获得66个高质量变异位点，组成95个单倍型，其中只有两个单倍型在indica和japonica之间共享;2）通过structure、network和PCA分析，并且依据叶绿体基因组的同源性，栽培稻可以明确分为indica和japonica两类;3）对这两类进行IM模拟分析，发现两个亚种间存在持续的基因流，基因流大小为1;4）对栽培稻在存在基因流条件下进行溯祖模拟，发现基因流对基因组多样性的各种参数的评估与Wrigh-Fisher群体具有显著差异，但是中性检验参数受基因流影响较小。本研究通过对栽培稻高质量的叶绿体数据进行研究，发现栽培稻在驯化过程中一直存在基因流，并根据该数据为栽培稻建立溯祖模型，发现基因流会影响基因组多个参数数据的评估并给出具体的偏离方向，为后续利用基因组数据研究栽培稻的起源进化奠定基础。

目录

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摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 亚洲栽培稻的起源研究进展

1．1．1 亚洲栽培稻起源式样的研究进展

1．1．2 亚洲栽培稻祖先类型的研究进展

1．1．3 亚洲栽培稻起源地点的研究进展

1．2 群体遗传结构评估和选择信号检测在植物驯化中的研究进展

1．2．1 群体遗传结构评估在植物驯化研究中的进展

1．2．2 选择信号检测在植物驯I化研究中的进展

1．3 叶绿体基因组在物种形成研究中的应用

1．3．1 基因流是物种形成的关键因素

1．3．2 叶绿体基因组的结构特征及其在物种进化研究中的应用

1．4 水稻起源方式和驯化机制研究进展中存在的问题

1．5 本研究的目的和意义

1．6 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 样品收集

2．1．2 种子发芽实验

2．2 实验方法

2．2．1 叶绿体DNA的提取

2．2．2 叶绿体全基因组测序

2．3 数据统计与分析

2．3．1 叶绿体全基因组组装

2．3．2 基因结构及功能注释

2．3．3 全基因组变异检测分析

第三章 结果与分析

3．1 栽培稻及其近缘野生种的叶绿体基因组变异

3．2 群体遗传结构评估

3．2．1 Structure分析

3．2．2 PCA分析

3．2．3 Network网络图构建

3．3 基于叶绿体的亚洲栽培稻群体基因流及其遗传多样性

3．3．1 群体间和群体内基因流

3．3．2 多样性参数

3．3．3 中性检验

第四章 讨论

4．1 基于叶绿体分析的栽培稻群体结构和基因流

4．2 基因流对群体遗传参数的影响

第五章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历