大豆细胞质基因组单倍型及其相互间的演化关系

摘要

本文选择我国有代表性的野生大豆和栽培大豆地方品种为材料，研究大豆细胞质基因组DNA序列多样性及其在栽培驯化过程中的演变规律。旨在进一步了解大豆栽培驯化的分子过程，为揭示大豆起源与进化的分子机理提供必要的研究基础。主要结果如下： 1、对我国80份野生和栽培大豆材料的25个cpDNA片段和6个mtDNA片段的DNA序列进行了分析。cpDNA测序总长 14 550 bp，共发现39个多样性位点：包括34个单碱基替换、3个单碱基插入缺失和2个多碱基插入缺失。在野生和栽培大豆中分别发现了37和14个多样性位点，SNPs频率(θ值)分别为 0.00057 和 0.00021，栽培大豆仅保留了野生大豆 36.8％的核苷酸多样性。mtDNA 测序总长3 532 bp，仅在野生大豆群体内发现了1个SNPs，核苷酸多样性θ值为0.00007。结果表明野生大豆拥有非常丰富的遗传多样性；对野生和栽培大豆cpDNA的SNPs次等位基因频率分布研究发现，野生大豆中存在大量的稀有SNPs,cpDNA的34个单碱基替换中，有32个为颠换，其余2个为转换，转换与颠换的比值为1:16，表明大豆cpDNA中存在着严重的“颠换偏差”。 2、cpDNA39个多样性位点组成28种单倍型，野生大豆和栽培大豆单倍型分别有23种和8种。野生大豆群体特有单倍型20种，栽培大豆群体特有单倍型5种。与群体多样性位点所反应的情况一样，野生大豆拥有非常丰富的遗传多样性。从平均和整体多样性水平看，野生大豆与栽培大豆群体内的单倍型多样性(H)分别为0.257与0.157和0.195与0.119，野生大豆单倍型多样性极显著地高于栽培大豆(P=0.001)。表明，从野生大豆向栽培大豆进化的过程中，单倍型多样性明显减少。对野生大豆和栽培大豆cpDNA的连锁不平衡强度进行分析，野生大豆和栽培大豆cpDNA的LD强度(r<'2>)分别为0.1754和0.4219。与野生大豆相比，栽培大豆的连锁不平衡强度较强，为野生大豆的2.41倍。对28种单倍型构建了cpDNA单倍型网络结构图，通过比较野生和栽培大豆不同cpDNA单倍型之间的演化关系，发现在从野生大豆到栽培大豆驯化的过程中，至少存在三支不同的相对独立的演化途径。3种不同单倍型6、12、和10的栽培大豆可能独立起源于各个不同地区的不同单倍型的野生大豆，其中单倍型10为最重要的一支演化途径。结合单倍型的地理分布可以推断出：我国栽培大豆为多起源中心，包括黄淮、长江和中南三个初生驯化中心和北方和华南两个次生驯化中心。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1高等植物细胞质基因组研究现状

1.1.1叶绿体基因组

1.1.2线粒体基因组

1.2大豆细胞质基因组研究现状

1.2.1大豆概况

1.2.2大豆细胞质基因组基本特征

1.2.3大豆细胞质基因组多样性研究现状

1.3大豆起源与进化研究

1.3.1历史学及古物学考察

1.3.2野生及栽培大豆地理分布

1.3.3生态学比较

1.3.4生物化学比较

1.3.5分子生物学比较

1.4本研究的内容、目的和意义

第2章材料与方法

2.1植物材料

2.2基因组DNA提取与检测

2.2.1基因组DNA提取

2.2.2基因组DNA的检测

2.3引物设计

2.4 PCR扩增与产物测序

2.4.1引物设计及PCR扩增

2.4.2 PCR产物序列测定

2.5数据分析

2.5.1 SNPs频率分析及中性检验

2.5.2基因多样性

2.5.3单倍型网络结构

第3章结果与分析

3.1细胞质基因组单核苷酸多样性

3.1.1 SNPs频率

3.1.2等位基因频率

3.1.3颠换与转换

3.2单倍型与连锁不平衡

3.2.1单倍型结构

3.2.2单倍型多样性

3.2.3连锁不平衡

3.2.4单倍型间的演化关系及栽培大豆起源中心研究

第4章讨论

4.1细胞质基因在植物系统进化研究中的作用

4.2大豆细胞质基因组特征

4.2.1核苷酸多样性

4.2.2核质连锁不平衡与重组率比较

4.2.3转换与颠换

4.3大豆栽培驯化过程中遗传多样的变化及原因

4.4大豆起源的细胞质证据

4.4.1栽培大豆起源地的几种假说

4.4.2大豆起源的细胞质证据

第5章小结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果