葡萄属叶绿体基因组分析及其系统发育研究

摘要

葡萄科植物物种丰富，分布广泛，且具有重要的经济价值和观赏价值。近年来，对葡萄科植物的研究从未停歇。目前，绝大多数被子植物叶绿体全基因组序列已经测定完成。将不同物种叶绿体基因组全序列进行比较以及对4个区域边界的差异分析，有助于了解叶绿体基因组序列差异，理解物种之间的进化过程。叶绿体基因组序列因具有较强的保守性和较低的碱基替换率等特点，使其成为系统发育研究较为理想的数据。本研究利用Illumina二代测序技术对葡萄属11个种叶绿体基因组进行测序，对包括蛇葡萄、垂盆草和烟草在内的16个叶绿体基因组进行比较分析，并以叶绿体基因组79个共有的蛋白编码基因对葡萄科39个种进行系统发育研究，揭示葡萄科各属种之间的进化关系。主要研究结果如下:
　　1.测定和注释了葡萄属11个种叶绿体全基因组序列，得到11条完整的叶绿体基因组。葡萄属叶绿体基因组十分保守，大小为160935-160982bp;具有典型的四分体结构，包含一个大单拷贝区(LSC，89159-89193bp)，一个小单拷贝区(SSC，19045-19073bp)和一对反向重复区(IRs，26250-26373bp);含有113个不同的基因(79个蛋白编码基因，30个tRNA和4个rRNA)，此外，注释了两个特殊的没有编码蛋白功能的基因:ycf15和ycf68，均位于反向重复区;11个种叶绿体基因组GC含量非常相似，约为37.4％;密码子偏好A和T，尤其是密码子第二位和第三位，高达61.61％和69.74％;对重复序列和简单重复序列(SSR)进行了统计分析，为葡萄属植物的相关研究提供了基础。
　　2.16个叶绿体基因组全序列比对结果表明:IR区域比LSC/SSC区域更加保守;葡萄属内叶绿体基因组非常保守，葡萄科蛇葡萄属植物与葡萄属植物也具有较强的共线性，而与其他被子植物（垂盆草和烟草）具有较大的差异。葡萄属13个种之间的遗传距离反映了物种亲缘关系的远近;分别对编码区和非编码区的核苷酸多态性(Pi)进行分析，共检测到10个变异度较高的区域(psbZ-trnG(UCC)，csA-ndhD，atpF-atpH,accD-psaI,ndhF-rpl32,rps15-ycf1,trnK(UUU)-rps16,rpl32,rpl33,atp），其中3个位于编码区，其余均位于非编码区。四个区域边界的比对结果显示，基因rps19、ndhF、ycf1、φrps19和φycf1等的大小和分布存在不同程度的差异，这些差异反映了叶绿体基因组的进化过程。
　　3.本研究基于叶绿体基因组79个共有的蛋白编码基因对葡萄科39个种进行系统发育研究，以更加全面的数据确定和验证葡萄科各属种之间的系统进化关系。两种不同的分析方法(ML和MP)得到了相同的拓扑结构，将葡萄科植物分为5个主要的分支（Vitis-Ampelocissus clade，Parthenocissus-Yua clade，core Cissus clade，Cayratia-Cyphostemma-Tetrastigma clade，Ampelopsis-Rhoicissus clade），且每个分支均为单系分支;葡萄属内15个种进一步分为圆叶葡萄亚属和真葡萄亚属，而真葡萄亚属包括欧亚支系和新世界支系。

目录

声明

摘要

缩略词表

1．绪论

1．1 叶绿体基因组研究进展

1．1．1 叶绿体基因组的起源与发展

1．1．2 叶绿体基因组的基本结构

1．1．3 叶绿体基因组的进化

1．1．4 叶绿体基因组的应用

1．2 葡萄科植物研究进展

1．2．1 葡萄科叶绿体基因组研究进展

1．2．2 葡萄科属系统发育研究进展

1．3 研究目的与意义

2．1 试验材料

2．2 试验试剂和仪器

2．2．1 试剂药品

2．2．2 试剂配制

2．2．3 仪器设备

2．3 方法

2．3．1 葡萄基因组DNA提取

2．3．2 DNA浓度和纯度的测定

2．3．4 叶绿体基因组重复序列分析

2．3．5 密码子使用偏好性分析

2．3．6 叶绿体基因组比较分析

2．3．7 系统发育分析

3．结果

3．1 基因组DNA质量检测

3．2 叶绿体基因组基本信息

3．2．1 叶绿体基因组结构

3．2．2 叶绿体基因类型和分布

3．2．3 密码子的使用

3．2．4 重复序列与SSR分析

3．3 叶绿体基因组的比较

3．3．1 叶绿体基因组全序列比对

3．3．2 IR区域的收缩和扩张

3．3．3 叶绿体基因遗传距离和差异分析

3．4 葡萄科系统发育分析

4．讨论

4．1 葡萄属叶绿体基因组基本信息

4．2 叶绿体基因组的比较分析

4．3 葡萄科系统发育分析

5．总结

参考文献

致谢