基于葉綠體基因組序列的小麥族系統(tǒng)發(fā)育分析.pdf

1、普通小麥（Triticum aestivum L.）是全球主要糧食作物之一，小麥種質(zhì)資源的更新是培育小麥品種的重要保障。研究小麥族的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，對(duì)豐富小麥種質(zhì)資源、揭示親緣關(guān)系、利用優(yōu)異基因方面都具有重要的意義。葉綠體作為植物細(xì)胞器的重要組成部分和光合作用的場(chǎng)所，在生物進(jìn)化的過程中發(fā)揮了重要作用。研究小麥族葉綠體基因組結(jié)構(gòu)和序列的信息在揭示物種起源、進(jìn)化演變以及物種之間的親緣關(guān)系等方面具有重要價(jià)值。本研究完成了8個(gè)葉綠體DNA提取、測(cè)

2、序、拼接組裝，并對(duì)8個(gè)葉綠體基因組進(jìn)行了基因注釋、物理圖譜構(gòu)建、SSR標(biāo)記和重復(fù)序列檢測(cè)。另外，利用8個(gè)拼接組裝的葉綠體基因組序列和26個(gè)已完成測(cè)序的葉綠體基因組序列，進(jìn)行了差異熱點(diǎn)區(qū)檢測(cè)、比較基因組分析、系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建和分化時(shí)間計(jì)算。具體結(jié)果如下：
　　（1）通過對(duì)栽培二粒小麥（Triticum dicoccum）等8個(gè)小麥族物種葉綠體基因組進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，拼接組裝后的葉綠體基因組大小在113449 bp和136041 bp之間，

3、最小為尾狀山羊草（Aegilops caudata），最大為阿拉拉特小麥（Triticum araraticum）；注釋基因數(shù)目最少為西藏半野生小麥（Triticum aestivum ssp. tibetanum Shao）包括138個(gè)基因，最多為旱麥草（Eremopyrum triticeum）包括191個(gè)基因；檢測(cè)到的SSR標(biāo)記數(shù)為144~173個(gè)，最少為簇毛麥（Haynaldia villosa），最多為茹科夫斯基小麥（Trit

4、icumzhukovskyi）；查找到的重復(fù)序列為29~42個(gè)，最少為旱麥草（Eremopyrum triticeum）和簇毛麥（Haynaldia villosa），最多為老芒麥（Elymus sibiricus）。
　?。?）以水稻（Oryza sativa, NC_031333）葉綠體基因組為參考序列，通過多序列比對(duì)及可視化處理，最終發(fā)現(xiàn)了matK~trnK-UUU~rps16，trnQ-UUG~psbK，psbE~trnf

5、M-CAU等19個(gè)序列差異熱點(diǎn)區(qū)，這些差異熱點(diǎn)區(qū)可作為重建小麥族系統(tǒng)發(fā)育的潛在標(biāo)記。以普通小麥（Triticum aestivum, KJ614396）葉綠體基因組序列為參考序列，對(duì)31個(gè)小麥族物種葉綠體基因組進(jìn)行比較基因組分析，發(fā)現(xiàn)在小麥族葉綠體基因組中頻繁發(fā)生基因或片段倒置現(xiàn)象。根據(jù)發(fā)生倒置現(xiàn)象的區(qū)域、葉綠體基因組結(jié)構(gòu)的不同，將31個(gè)小麥族物種分為四大類，分別包括16、11、2和2個(gè)小麥族物種。
　?。?）經(jīng)多序列比對(duì)、保守序

6、列提取、飽和度檢測(cè)、核苷酸替代模型選擇和系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，得到了以水稻（Oryza sativa）和二穗短柄草（Brachypodium distachyon）為外群的小麥族系統(tǒng)發(fā)育樹。相對(duì)于S基因組，A基因組與D基因組親緣關(guān)系較近；提莫菲維小麥（Triticum timopheevii）與擬斯卑爾脫山羊草（Aegilops speltoides）親緣關(guān)系較近；與卵穗山羊草（Aegilops geniculata）相比，柱穗山羊草（Aeg

7、ilops cylindrica）與粗山羊草（Aegilops tauschii）親緣關(guān)系較近；黑麥（Secale cereale）與小麥-山羊草復(fù)合群體（Triticum-Aegilops complex）親緣關(guān)系較近；大麥（Hordeum vulgare）與野生大麥FT462（Hordeum vulgare subsp. Spontaneum FT462）親緣關(guān)系較近。
　?。?）以水稻（Oryza sativa）、二穗短柄草

8、（Brachypodium distachyon）與小麥（Triticum aestivum）的分化時(shí)間為基本錨點(diǎn)，選用SMC和RMC兩種分子鐘方式來(lái)計(jì)算分化時(shí)間，計(jì)算出了小麥族各物種基于葉綠體基因組的分化時(shí)間。本研究將大麥（Hordeum vulgare）與普通小麥（Triticum aestivum）的分化時(shí)間從6~15 MYA縮小到大約9.13~9.43 MYA。黑麥（Secale cereale）與普通小麥（Triticum a

9、estivum）大約在3.03~5.96 MYA發(fā)生分化；旱麥草（Eremopyrum triticeum）與老芒麥（Elymus sibiricus）的分化時(shí)間大約為4.11~4.19 MYA；粗山羊草（Aegilops tauschii）與柱穗山羊草（Aegilops cylindrica）和卵穗山羊草（Aegilops geniculata）的分化時(shí)間分別大約為0.24~0.71 MYA和1.23~3.13 MYA；野生大麥（Ho