火炬松叶绿体基因组的群体内变异与亲子遗传的稳定性

摘要

为了解火炬松叶绿体基因组的群体内变异和鉴定叶绿体的亲子遗传模式，用火炬松第二代核心育种群体54个单株、测交系9×5子代45个单株以及其亲本的叶绿体基因组进行比对，结果如下：　　1. 对核心育种群体 54个单株的叶绿体进行测序并控制测序质量，得到的叶绿体基因组序列与 NCBI数据库中的火炬松叶绿体序列（编号：NC_021440.1）比对，发现有81个SNP位点，SNP位点分布广泛，不均地分布在3990bp到119714bp之间（火炬松叶绿体大小为121530bp）。　　2. 对等位基因频率大于5%的32个SNP所在序列进行注释，14个定位在基因间隔区，18个在9个基因内。ycf1基因检测到9个SNP，占总SNP位点的11.11%，占基因内SNP位点的50%；ycf2基因有3个SNP，占总SNP的3.70%，占基因内SNP的16.67%；在trnG-GCC、atpH、rpoC1、rps11、rpl2、rrn23、chlN基因中各有1个SNP。　　3.根据变异频率大于5%的SNP位点设计23对特异引物，对测交系45个子代及亲本叶绿体扩增，将扩增产物测序比对，共检测到19个SNP。利用MAGE软件对19个SNP比对，发现所有母本（8个）都与子代的SNP单倍体不一致。在19个SNP中，父本N4与7个子代完全一致，与另2个子代相差两个SNP；W03只与1个子代一致，但与其他子代不一致，其中有5个子代一致；222与子代不一致，但是自身5个无性系分株一致，9个子代一致；S1的7个无性系一致，与子代不同，8个子代一致。确认火炬松叶绿体不是母系遗传。　　4. 基于 19个 SNP，采用 MEGA软件，使用 Neighbor-Joining方法或 Maximum Linlihood方法构建进化树都能将不同父本的单株区分，SNP一致的个体聚在一起，且和SNP直接比对结果一致。在三个进化树中，圆形进化树的结果更直观。　　5.本研究最理想的结果是父本无性系之间所有SNP一致，而且与子代一致。但是实际结果与我们的设想有一些出入。尽管如此，从父本N4的7个子代与其19个SNP一致，父本 W03、222和 S1各自的全部或大部分子代一致，且不同于母本，可以初步确认火炬松叶绿体为父系遗传。为了得到完整的证据，后续实验需要使用在严格控制条件下亲子关系清晰的材料进行验证。

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1 前言

1.1 叶绿体的发现

1.2 叶绿体DNA的发现

1.3 高等植物细胞质遗传

1.3.1 细胞质的亲本遗传

1.3.2 叶绿体的亲本遗传

1.4 高等植物叶绿体基因组

1.4.2 叶绿体的基因组成

1.4.3 叶绿体的基因组变异

1.4.4 叶绿体基因组的应用

1.5 研究内容和目标

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究目标

1.6 研究意义

1.7 实验路线

2 材料与方法

2.1 材料保存地自然概况

2.2 实验材料

2.2.1 测交系试验林

2.2.2 核心群体试验林

2.3 实验试剂与仪器

2.3.2 主要仪器设备

2.3.3 主要信息学分析软件

2.4 实验方法

2.4.1 植物总DNA的提取

2.4.2 基因组DNA浓度及纯度检测

2.4.3 核心群体材料cpDNA测序

2.4.4 测序质量分析

2.4.5 叶绿体突变位点多态性检测

2.4.6引物设计

2.4.7 PCR扩增体系和反应条件

2.4.8 测交试验林材料的cpDNA测序

2.4.9 叶绿体SNP比对

2.4.10 叶绿体遗传关系鉴定

3.1总DNA的提取结果

3.2 测序质量控制

3.3 火炬松叶绿体基因组的群体内变异

3.3.1 核心群体叶绿体基因组的变异

3.3.2 测交系试验林叶绿体基因组的变异

3.4 火炬松叶绿体基因组的亲子遗传

3.4.1 火炬松子代与母本的叶绿体序列比对

3.4.2 火炬松子代与父本的叶绿体序列比对

3.5 火炬松叶绿体SNP的父系遗传与亲子鉴定

4.1 讨论

4.1.1 火炬松叶绿体基因组测序质量控制

4.1.2 火炬松叶绿体基因组的群体内变异

4.1.3 火炬松叶绿体父系遗传及稳定性

4.2 结论

致 谢

参考文献

附 录

附图 A：火炬松核心群体54个单株的81个SNP位点分布图

附图 A（续）：火炬松核心群体54个单株的81个SNP位点分布图

附录 B：硕士在学期间期表的论文和获得的专利