銀杏東西譜系分化機制研究——基于葉綠體基因組和比較轉錄組方法.pdf

1、銀杏屬植物(Ginkgo spp.)在中生代侏羅紀曾廣泛分布于北半球，但自中新世以來，陸續(xù)在北美、歐洲、東亞日本等地滅絕，僅在我國長江中下游地區(qū)殘存了銀杏(Ginkgo bilobaLinn.)的少數(shù)種群，這些種群分化為兩個遺傳譜系，分別分布于中國東部（以浙江天目山為代表）和中西部（以貴州務川、重慶金佛、湖北恩施等為代表）。但是由于傳統(tǒng)分子標記的信息量不足和進化中性，銀杏的譜系分化格局、分化時間及其進化動力尚未得到很好解決。因此，本文在

2、實驗室前期工作基礎上，選擇銀杏10個代表性cpDNA單倍型個體，進行葉綠體基因組的高通量測序，基于高分辨的信息位點，解析銀杏遺傳譜系的分化格局及其系統(tǒng)發(fā)育關系，并估算譜系分化的時間;同時，通過銀杏東亞分布區(qū)的生態(tài)位重建(ENM)和東、西地理譜系代表性種群（天目山和金佛山）的環(huán)境因子對比分析，鑒定主效性和差異性環(huán)境因子，進而開展這兩個代表性種群的比較轉錄組分析，旨在檢驗是否存在環(huán)境分化選擇，并鑒定受選擇的候選功能基因。結果如下，
　

3、　1.葉綠體基因組結構進化:銀杏葉綠體基因組長度為156，929-156，999 bp，長單拷貝區(qū)(LSC區(qū))長度為99，202-99，269 bp，短單拷貝區(qū)(SSS區(qū))長度為22，256--22，283 bp，兩個反向重復區(qū)(IR區(qū))總長為35，464-35，466 bp，長度差異不大。插入缺失(Insertion/Deletion，indels)變異主要發(fā)生在兩個單拷貝區(qū)域，而反向重復區(qū)僅相差一個堿基的變化。共鑒定了152個變異區(qū)

4、域，包括115個SNP位點和37個Indel位點;并鑒定了5個多重復單元的EST-SSR位點為西部種群所特有，并對其設計引物，可用于后續(xù)種源鑒定分析。
　　2.遺傳譜系的系統(tǒng)發(fā)育關系及分化時間:供試10個cpDNA單倍型的葉綠體基因組共分成三個高支持率的支系，即東部避難所支系、西部避難所支系以及廣布的H1單倍型支系，西部支系首先分化。支持我們前期提出的東、西兩大“避難所”假說，并進一步揭示了其形成的兩次譜系分化事件?；?3個cp

5、DNA基因、4個蘇鐵類化石校正點，估算得到銀杏西部支系首先發(fā)生分化的時間為1.072 Mya(95％ HPD:0.2740-2.312)，東部支系與H1支系的分化時間為0.6920 Mya(95％ HPD:0.1730-1.459)。
　　3.地理分布的主效性和差異性環(huán)境因子:ENM的結果顯示，影響銀杏分布的主要環(huán)境因子為水分和低溫。同時，金佛山與天目山氣候因子（近50年數(shù)據(jù)）的T檢驗分析結果表明，兩地在最高溫度、降水量以及日照時

6、間等因子上存在顯著性差異（P＜0.05），暗示環(huán)境分化選擇為可能在東西譜系分化起到作用。
　　4.環(huán)境分化選擇的候選基因:轉錄組數(shù)據(jù)拼接得到59，585個unigenes、46，133個注釋基因，東西部譜系差異表達基因9114個，GO分類注釋結果揭示這些基因主要與生物學過程、細胞組分、分子功能相關的基因。以毛果楊、水稻、擬南芬和葡萄為參考基因組，在銀杏中共找到141個長度大于600 bp的單拷貝核基因，其中表達差異2倍以上的有18