基于转录组数据的巴山松成种机制与适应性研究

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巴山松(Pinus henryi Mast.),为我国特有珍稀亚热带针叶松,是1902年Master根据Henry在湖北房县采集的6909号标本命名的。主要分布于湖北西部、四川东北部及陕西南部之大巴山区,因此得名巴山松。本文基于高通量测序技术,从转录组水平对巴山松及其近缘种进行分析,为巴山松的成种机制和生态适应性研究提供更多的理论依据。主要研究内容和结果如下:巴山松、马尾松和油松转录本去冗余后,分别得到16814,18458,18553条Unigene。这些Unigene与NR、GO、COG、Swiss-Prot、KEGG、Egg NOG等库进行比对,分别有33904、23179、14889、24699、14975和32516条Unigene得到注释。获得注释信息的Unigene共计34078条,占总数的63.31%,注释效果较好。共获得5,822,246个SNP标记,用于巴山松分类地位和成种机制分析。结果显示基于SNPs的主成分分析将这三种松树区分开来;Admixture分析结果证明了巴山松有来自油松和马尾松组分的混入,但依然独立的分类学地位;系统发育树等分析结果同样证明了巴山松独立种的分类地位。f3杂交检测结果说明了巴山松个体形成来源于杂交,双亲分别为油松和马尾松。Treemix和D、Nm基因流模型结果也证实了油松、巴山松和马尾松之间存在大量的基因交流,巴山松可能是两者的杂交产物。使用DESeq来鉴别差异表达基因,巴山松作为实验组,油松为对照组,共检测到1528个差异表达的基因,包括756个上调基因和772个下调基因。这些基因被显著富集在防御反应、代谢过程、信号转导、转录调控等GO term与KEGG pathway。确定了油松和巴山松之间共有438个候选单拷贝直系同源基因,其中72对受到正向选择,选取部分正向选择基因进行GO注释,结果显示正向选择基因主要参与的是代谢过程、酶活性、转录调控和结合功能。通过Pcadapt、Bayenv2以及Lfmm分析,分别找到了1920个,982个和1143个受选择位点。对所有筛选出来的位点取交集,得到共同识别位点44个,其中26个SNP位点能够注释到具体功能,这些位点有位于与适应性相关的功能基因上,包括转运蛋白、转录因子和转移酶家族的成员。最后筛选出对巴山松适应性分化可能有重要作用的气候因子,同时利用多变量冗余性分析影响遗传分化的自然选择和中性因素。结果显示最暖季度降水量(Precipitation of Warmest Quarter,Bio18)是对巴山松影响最大的气候因子。另外,迁移因素IBC协同地理因素IBD是遗传变异分布格局产生的主要驱动力,就IBD与IBC之间而言,IBC的作用更强些。
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