皂莢屬系統(tǒng)進化分析及SSR分子標(biāo)記開發(fā).pdf

1、I摘要皂莢屬植物有著較高的生態(tài)價值、藥用價值和經(jīng)濟價值，其物種進化關(guān)系的探究和分子標(biāo)記的開發(fā)可為種質(zhì)資源評價奠定基礎(chǔ)。為探究皂莢屬植物在豆科中的遺傳進化關(guān)系以及其在進化中經(jīng)歷的正選擇與高度抗逆性、次生代謝的關(guān)聯(lián)，本研究利用系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)方法，通過對豆科植物構(gòu)建一對一的直系同源組，進行多序列比對構(gòu)建物種進化樹，并對皂莢和美國皂莢正選擇基因進行鑒定和功能注釋。同時，為了在分子水平上揭示皂莢屬種間的親緣進化關(guān)系，選擇葉綠體DNA的MatK、

2、PsbAtrnH、TrnLF三個片段，利用PCR擴增及測序技術(shù)，建立皂莢屬的系統(tǒng)發(fā)育樹。此外，皂莢缺乏用于遺傳資源評價的分子標(biāo)記，使用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對皂莢ESTSSR引物進行開發(fā)，為今后皂莢資源遺傳多樣性的評價提供分子手段。主要研究結(jié)果如下：1.在4種（蒺藜苜宿、光葉百脈根、大豆和菜豆）具有全基因組序列的豆科植物中，通過檢測獲得3278個核心直系同源組，進一步擴展到其他18種豆科植物的轉(zhuǎn)錄組以及作為外來群的楊樹和擬南芥基因組中。在24個物種

3、中獲得98個1對1的直系同源組，分別對每個直系同源組進行多序列比對并連接，最終獲得含有16326個氨基酸位置的超級比對矩陣，構(gòu)建物種進化樹。通過物種進化樹可以看出，皂莢屬與肥皂莢屬表現(xiàn)出明顯的親緣關(guān)系，一起作為一個分支與伊利諾含羞草、美麗鷓鴣豆和毛果決明構(gòu)成一個大的分支，表明兩個分支在進化上具有較近的親緣關(guān)系。同時，除了加拿大紫荊，其他的豆科植物構(gòu)成了一個很大的分支，并且與皂莢、伊利諾含羞草、美麗鷓鴣豆和毛果決明構(gòu)成的分支獨立開來，說明

4、皂莢屬的祖先很早就已經(jīng)和其他豆科植物分化開來。而加拿大紫荊獨立形成一個分支，并在進化樹中與其他豆科植物的祖先構(gòu)成姊妹支，說明分化時間更加久遠，在皂莢從其他豆科植物分化前就已經(jīng)形成了物種。通過物種進化樹的構(gòu)建，證實了云實亞科比含羞草亞科進化時間早，與蝶形花進化時間相近。2.利用皂莢和美國皂莢轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建直系同源組，鑒定到2616個直系同源對，通過對2616個皂莢屬直系同源對的功能注釋，發(fā)現(xiàn)這些直系同源對基因主要行使“代謝過程”、“刺激反

5、應(yīng)”、“催化活性”、“高分子配合物”等GO功能，以及參與KEGG通路“次生代謝產(chǎn)物的生物合成”、“代謝途徑”、“植物病原體相互作用”等?；?616個直系同源對進行正選擇基因檢測，有177個直系同源對基因在進化中經(jīng)歷了強烈的正選擇，對于正選擇基因的GO和KEGG功能富集分析，這些正選擇基因大都和代謝、脅迫抗性有關(guān)。3.基于cpDNA的MatK、PsbAtrnH、TrnLF三個片段序列，通過序列組合、校正比對，以肥皂莢、北美肥皂莢為外類群