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香蕉隶属于芭蕉科(Musaceae)芭蕉属(Musa L.),是全球重要的粮食及水果作物。虽然国内外学者对芭蕉属植物的分类、起源及进化等从形态学到分子生物学展开了一系列的研究,但是其起源与演变仍处于推测阶段,没有定论,很多主要的栽培品种的遗传起源仍模糊不清。弄清香蕉及近缘芭蕉属植物的分子进化关系以及栽培香蕉的遗传起源对香蕉的分类、进化和遗传改良具有重要的理论和实际意义。本研究采用基因片段直接测序的方法,对适用于芭蕉属不同分类阶元的细胞质分子标记进行筛选,并对香蕉栽培种及其近缘芭蕉属野生种质的细胞质基因进行研究,构建其母系及父系系统发育关系,然后进一步利用高通量测序技术开展芭蕉属植物叶绿体全基因组测序、基因组图谱的绘制、比较基因组学分析和系统发育分析等,主要研究成果如下:1.芭蕉属植物细胞质分子标记的筛选:通过查阅相关文献,合成了已报道的可用于植物分类研究的叶绿体基因片段引物60对和线粒体基因片段引物70对,通过芭蕉属不同组、不同种和不同地理来源的样品进行筛选,最终获得可在芭蕉属中成功扩增的叶绿体引物32对,线粒体引物16对,其中25对叶绿体引物和12对线粒体引物在芭蕉属中具有遗传多样性。在这25对叶绿体引物和12对线粒体引物中,有17对叶绿体引物和11对线粒体引物为首次应用在芭蕉属植物中;2.芭蕉属植物基于多个叶绿体基因的系统发育分析:利用25个叶绿体基因序列对芭蕉属植物的母系系统发育关系进行了分析,结果表明,25个叶绿体基因序列的比对长度为22306bp,产生了617个变异位点,其中简约信息位点265个,还产生了Indels位点1663个;基于25个叶绿体基因序列构建的MP、ML和贝叶斯树表明,供试材料分为明显的三类,M.beccarii作为外类群位于根部,M.acuminata不同的野生型亚(变)种、M.laterita、M.yunnanensis、M.chunii、一份来自ITC的M.balbisiana、M.balbisiana×M.textilis的天然野生杂交种及供测的其他栽培香蕉品种聚到了一起,而M.itinerans不同居群的样品、M.nagensium、来自中国的M.balbisiana及三份来自ITC的不同的M.balbisiana以及2份含B基因组的栽培蕉聚到了一起,其分别具有相同的母系起源,其中M.balbisiana表现出不同的母系起源,其种内分类值得进一步探讨;3.芭蕉属植物基于多个线粒体基因的系统发育分析:利用12个线粒体基因序列对芭蕉属植物的父系系统发育关系进行了分析,结果表明,12个线粒体基因序列的比对长度为6802bp,产生了553个变异位点,其中简约信息位点279个,还产生了Indels位点328个;基于12个线粒体基因序列构建的MP、ML和贝叶斯树表明,供试材料分为明显的四支,第一支包含了M.itinerans不同居群的样品、M.yunnanensis和AAB基因型栽培蕉Cluoi mat。第二支包含了M.acuminata不同的野生型亚(变)种、M.laterita、M.chunii及供测的大部分栽培香蕉品种。第三支包含了供试的全部M.balbisiana、M.nagensium、M.balbisiana×M.textilis天然野生杂交种及粉蕉(AB)、Maduranga(ABB)、Namwa Khom(ABB)。第四支为外类群M.beccarii。从父系起源来看,M.acuminata和M.balbisiana都具有各自一致的父系起源,但是M.itinerans却具有单独的父系起源;4.栽培香蕉的起源与进化:基于25个叶绿体基因序列,M.acuminata形成了5种基因型,M.balbisiana形成了3种基因型;基于12个线粒体基因组序列,M.acuminata形成了3种基因型,M.balbisiana形成了3种基因型,而二者联合将供试材料分为了19种细胞质基因型,其中由Ca2(burmannica/malaccensis/burmannicoides)和Ma3(microcarpa)构成的细胞质基因型IV为供试A基因型(AA、AAA)栽培蕉的主要起源,由Ca3(M.acuminata ssp516)和Ma1(chinensis/siamea/malaccensis/burmannicoides)构成的细胞质基因型V及Ca3(M.acuminata ssp516)和Ma3(microcarpa)构成的细胞质基因型VII为A-B基因型(AB、AAB、AAAB)栽培蕉的主要起源,研究结果还表明了M.itinerans也参与了栽培蕉的形成,其中Chuoi mat(AAB)与M.itinerans具有相同的父系起源;5.芭蕉属植物叶绿体基因组的结构及系统发育分析:通过高通量测序技术对M.acuminata var.chinensis和M.beccarii两个芭蕉属植物及地涌金莲属Musella lasiocarpa的叶绿体基因组进行全基因组测序并绘制其基因组图谱,得到了第一张地涌金莲属叶绿体全基因组图谱,通过与已公布的4个芭蕉属植物叶绿体基因组进行比较分析,6个芭蕉属植物的叶绿体基因组全长变化范围为161347bp-170402bp,为典型的四分结构:LSC、SSC和2个反向重复区IRa和IRb。6个芭蕉属植物编码的蛋白质基因都为79个,编码的t RNA数量为29-31个,编码的r RNA为4个。通过m VISTA分析,6个芭蕉属植物中分化最大的基因为ycf1,此外,mat K、rpo C2、rpo B、atp A、acc D、ycf2等基因也存在差异,而一些基因间隔区,如trn K-trn Q、trn S-trn G、atp H-atp I、trn C-trn D、trn T-trn F和psb E-pet G等也高度分化。以地涌金莲属为外类群构建的ML系统发育树表明,基于叶绿体全基因组序列,6个芭蕉属可以分为三类,其中M.beccarii单独为一支,M.acuminata的亚变种为一支,而M.balbisiana、M.itinerans和M.textilis聚到了一起。在前人的研究中M.textilis为澳蕉组,与真蕉组的M.balbisiana和M.itinerans截然不同,但是在本研究中,M.textilis与M.balbisiana、M.itinerans具有相同的母系起源。