蝗总科与膜翅目昆虫靶标富集探针设计

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xielidan2005
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靶标富集技术是一种通过为基因组特定的区域设计的探针来捕获基因组序列的高通量测序技术。由于其对标本质量要求相对较低、可针对性捕获目标位点、易获取直系同源核基因等优点,靶标富集技术在系统发育研究中被广泛使用。开展靶标富集实验研究首先需要设计和选择靶标探针,但是在很多类群中(如直翅目),由于基因组资源的匮乏,目前并没有现成可用的靶标富集探针。另一方面,在基因组资源较为丰富的类群,比如膜翅目,又有许多不同类型靶标富集探针可用,研究人员难以选择合适的靶标富集探针。因此如何设计和选择一个可靠的靶标富集探针,一直受到研究人员广泛关注。本研究以直翅目蝗总科和膜翅目基因组资源为基础,分别开发和设计了两种不同的靶标富集探针,这两种探针分别适用于基因组资源匮乏和基因组资源丰富的物种。并探究了数据过滤前后和不同靶标探针对系统发育构建的影响。本论文研究内容如下:本论文首先对蝗总科的五种低覆盖度基因组进行测序组装。UCE技术只需要一定数量的低覆盖度基因组便可以进行探针设计。而蝗总科在我们研究开始时只有一种蝗虫东亚飞蝗被测序,为了进行后续的研究,我们对五种蝗虫基因组进行低覆盖度测序和组装(笨蝗、棉蝗、短星翅蝗、短额负蝗和中华稻蝗)。各蝗虫组装的低覆盖度基因组大小为8.00 Gb-15.32 Gb,N50长度为904 bp-1583 bp,基因组完整度为13.6%-29.7%。利用了上述组装低覆盖度的五个基因组与已发表的东亚飞蝗基因组进行UCE探针设计,在去除重复序列后共识别了 4065个UCE位点,设计了 12615个探针。设计的UCE探针所构建的六种蝗虫的系统发育关系与以往形态学和分子分类学的研究结果一致。其次,我们进一步根据序列长度、RCVF、GC含量、C值、PIS值和缺失数据比例在内的六种属性对设计的UCE位点进行过滤筛选,并对过滤前后数据集构建的系统发育树分析发现:UCE位点在数据过滤后其节点支持度和基因树一致性更高。在这六个属性之间相关性较弱,说明筛选UCE位点时各个属性都应该予以考虑。而对于基因组资源丰富的膜翅目,虽然已经有了 UCE和AHE探针,但这两种探针难以解决膜翅目内困难节点,而外显子捕获技术RELEC方法则表现良好。本研究分析与比较膜翅目11个代表性物种基因组,筛选得到了 177个RELEC位点。将新设计的RELEC探针与膜翅目其他两类常用的靶标富集探针(AHE和UCE)进行比较,发现这三种探针恢复的系统发育树节点大多数与之前的研究类似,只有在蚂蚁类群中,三种都没有得到很好的节点支持率,这有可能由于存在不完全谱系分选导致的。本研究进一步对三个数据集的节点支持度,基因树与物种树的一致性等系统发育关系进行分析,结果发现RELEC在各方面表现都是最佳的。对各数据集的位点性质进行统计分析发现,新设计的RELEC位点在各方面都表现优良。位点数量少,受到的遗传重组因素影响小。综合考虑,对于膜翅目等有着充分基因组资源的类群,RELEC是一个较好的靶标富集技术。本论文对直翅目蝗总科和膜翅目的两类昆虫分别设计靶标富集探针。这两个类群分别代表着现在基因组资源匮乏和充裕的类群。本文不仅比较了数据过滤前后的构建的系统发育关系的影响与模式,还比较了不同数据集在同个物种的表现。这些结论对我们设计新型的靶标杂交测序探针和理解蝗总科及膜翅目进化提供了新的启示。
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