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泡桐属(Paulownia)为玄参科(Scrophulariaceae)落叶乔木树种,是中国重要的速生经济用材,其种植区域广泛分布于我国各省市自治区。由于泡桐杂交和多倍化现象的发生,其分类地位和属内进化关系一直备受争议,与此同时其优良品种选育和种质资源的保护也需要更多的遗传数据作为支持。由于叶绿体基因组的序列保守且碱基替换率低,因此是分析植物系统发育关系的理想数据来源。随着下一代测序技术的发展,大部分被子植物的完整叶绿体基因组序列已被测定,为光合植物的研究提供了数据支持。本研究利用二代测序技术对泡桐属的八个种叶绿体全基因组序列进行了测定,并利用生物信息技术对上述叶绿体基因组的基本特征、重复序列、简单重复序列和核苷酸变异等进行了比较分析,同时基于管状花目、茄目和锦葵目等其他23个叶绿体基因组序列构建了系统发育树,为泡桐属的种质资源保护、优良品种选育、分子标记开发、玄参科各属间进化和起源关系提供重要的遗传数据。本研究的主要内容及结果如下:1.首次测序并获得了八个大小范围在154,506 bp~154,746 bp的完整泡桐叶绿体基因组。且注释后均得到了114个基因,分别是80个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因;泡桐属叶绿体基因组为典型的四分体结构,包含一个大单拷贝区(85,262bp~85,371bp)、小单拷贝区(17,722bp~17,786bp)和一对反向重复区(25,761bp~25,797bp);其八个种泡桐叶绿体基因组GC含量一样均为38.00%,AT含量丰富;其密码子偏好A和T碱基;除此之外,对重复序列和简单重复序列也进行了检测,共得到431个简单重复位点和571个重复序列(白花泡桐),为泡桐属的相关分析提供了研究基础。2.首次在叶绿体基因组水平上将八个泡桐种与NCBI中已发表的泡桐(Paulownia coreana(KP 718622)和Paulownia tomentosa(KP 718624))进行比较分析并鉴定出泡桐的高可变区域。结果表明它们的序列相似性在99%以上;IR区域收缩与扩张的分析结果显示,四个边界区域基因(rps19、ndhF、trnH和ycf1)的大小和分布位置存在差异,如:rps19基因在台湾泡桐、毛泡桐、楸叶泡桐和南方泡桐中的分布位置分别是LSC区域237bp、IRb区域42bp,但在白花泡桐、川泡桐、鄂川泡桐和兰考泡桐中IRb区域分布的长度则为30bp,反映出了属内泡桐种尽管在基因组序列上高度相似,但其结构上存在一定的差异;分别对泡桐属植物的编码区和非编码区的核苷酸变异(PI)进行分析,以此来反映不同物种不同区域之间的进化速率,基于此鉴定出了trnH-psbA、trnS-trnG、trnG-trnT、accD-psaI、trnL-rps16、petN-trnA、psbZ-rps14、ccsA-ndhD和rpl22-rps9等九个高可变片段,可用作开发泡桐属叶绿体基因组的候选分子标记。3.国内外首次基于泡桐和其他物种的叶绿体全基因组序列,利用最大似然法(Maximum likelihood,ML)、最大简约法(Maximum Parsimony,MP)和贝叶斯法(Bayesian inference,BI)对全基因组的序列进行比对分析,构建了其系统进化树,更加全面地揭示泡桐属在管状花目中的系统地位,以及属内不同种的系统进化关系。