柑橘基因組進化和果實采后轉錄組學研究.pdf

1、柑橘基因組學研究在理解基因組結構特征及基因-性狀之間聯(lián)系等方面取得了飛速發(fā)展，并積累了大批的數(shù)據(jù)。本實驗室對甜橙基因組開展了denovo測序并獲得其基因組草圖。同時高通量分析技術也是研究柑橘響應貯藏逆境脅迫、揭示果實采后生命活動規(guī)律的重要新興手段。本研究中，我們分別從基因組大小進化和基因轉錄調控模式等生物學角度出發(fā)解析這些序列數(shù)據(jù)和分子生理數(shù)據(jù)的屬性特征及相互關系，主要包括了四部分內容:(1)分析柑橘轉座元件的組成、類別、進化模式、活性

2、和柑橘群體間的插入差異等;(2)研究全基因組復制在柑橘物種形成過程中發(fā)生的次數(shù)和時間，并通過共線性分析揭示柑橘染色體進化機制;(3)基于基因表達譜芯片解析椪柑低溫貯藏中生理變化的主要調控元件和關鍵功能模塊;(4)從結構、生理代謝和基因表達等水平研究采后打蠟處理對椪柑果實線粒體的影響。主要結果如下:
　　1.柑橘轉座元件的注釋和進化特征
　　(1)轉座元件在甜橙和克里曼丁橘基因組序列中分別占18.38％和20.56％。其中反轉

3、錄轉座子在全部轉座元件序列中所占的比率為95％，而DNA轉座子儀占5％。反轉錄轉座子的Copia和Gypsy類型是含量最多的轉座元件類型，分別占40％和50％左右。
　　(2)在甜橙基因組中分析得到了1331條全長反轉錄轉座子，并依據(jù)序列相似度將其歸于198個Copia家族和130個Gypsy家族;在克里曼丁橘基因組中得到2394條全長反轉錄轉座了，將其歸于213個Copia家族和99個Gypsy家族。兩個基因組中的80％反轉錄轉

4、座子家族所含全長序列成員數(shù)都小于5個，表明這些家族有著較低的基因組擴增速率。而15個所含成員最多的家族分別占甜橙和克里曼丁橘基因組總序列的10％和13.9％?；赗T結構域的系統(tǒng)發(fā)生分析發(fā)現(xiàn)，Copia家族的擴增有著明顯的進化分支偏好性。
　　(3)反轉錄轉座予在甜橙和克里曼丁橘基因組中半衰期分別為0.67myr和0.55myr，且不同家族有著不同的擴增高峰期。
　　(4)部分反轉錄轉座子家族仍保留轉錄活性，并在塑造柑橘不同

5、品種基因組結構中發(fā)揮了作用。
　　2.柑橘全基因組復制
　　(1)甜橙943個標記的連鎖圖用于定位了161個denovo測序得到的scaffolds，總長為239Mb，含有的基因數(shù)目為22873個。
　　(2)在甜橙染色體1-2-4，3-4-6，3-5-9，5-7-8，4-6-8，1-4-7之間檢測到同源倍增區(qū)段，對應著1321對同源基因。這些基因的Ks分布呈正態(tài)分布特征并只含有一個峰值(Ks=1.27)，推測在柑橘基

6、因組進化過程中只發(fā)生過古老的γ復制事件，而沒有發(fā)生新的全基因組復制。
　　(3)柑橘基因組和擬南芥、可可、蘋果、草莓、葡萄基因組共線性分析表明柑橘和可可、葡萄基因組有著較高的共線性關系，從而說明甜橙較好地保留了古老染色體狀態(tài)。而至少發(fā)生了49次重組和融合事件后導致柑橘染色體從古老雙子葉祖先的X=7狀態(tài)進化到現(xiàn)今X=9的染色體核型。
　　3.椪柑（CitrusreticulataBlanco）采后低溫貯藏轉錄組分析
　　

7、(1)椪柑表達譜芯片結果表明，低溫貯藏轉錄本中有2161個差異表達基因，包含了975個上調表達和1186個下調表達的基因。而表達改變主要發(fā)生在低溫貯藏60d以后。上調表達基因主要對應了基因轉錄調控，逆境脅迫應答因子和激素信號等功能。
　　(2)有92個與激素相關的基因和98個轉錄因子表達水平發(fā)生了改變。其中乙烯信號途徑相關基因表達均上調，而AP2-EREBP和C2H2轉錄因子家族上調表達數(shù)日達到顯著水平。
　　(3)可溶性糖

8、（蔗糖，葡萄糖和果糖）變化模式都為貯藏前60d略有上升，而60d后下降。而相應的蔗糖酶表達上升，淀粉水解酶表達下降。
　　4.椪柑（CitrusreticulataBlanco）采后低氧脅迫與線粒體功能的關系
　　(1)經(jīng)打蠟處理后的果實，乙醇和乙醛含量提高顯著;ATP和NADPH下降顯著;POD活性下降顯著;線粒體結構變化明顯，表現(xiàn)為內嵴消失，線粒體蛋白溢出等。
　　(2)對打蠟果實的代謝組分析得到50種代謝物，其中

9、有18種物質含量變化顯著，包括有機酸，氨基酸，嘌呤，糖和糖衍生物等。
　　(3)通過同源序列法，我們獲得了400個線粒體定位蛋白，217個葉綠體定位蛋白，116個液泡定位蛋白和119個質膜定位蛋白的相應核苷酸序列信息，并與597柑橘轉錄因子一并設計探針，定制了一款含1569個基因的Agilent寡核苷酸芯片。
　　(4)在常溫(R)，打蠟常溫(WR)和打蠟低溫(WL)三種貯藏條件下，一共有474個差異表達基因;而這三種貯藏條

10、件對應的差異基因數(shù)目分別為181，400和90，表明WR果實中基因表達變化最大。
　　(5)變化顯著的功能模塊中，NADH參與的ATP合成模塊、N代謝和轉錄調控等為上調表達模塊，而其余的多為下調表達功能模塊。
　　(6)在R，WR，WL貯藏條件果實中分別有68，180，70個差異表達的轉錄因子，主要包括了AP2-EREBP，NAC，WRKY，C2H2，MYB-related家族等;其中AP2-EREBP和HB家族的部分成員與