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叶绿体基因组对研究叶绿体基因工程、优良品种培育、分子谱系地理学及较低分类单元的系统发育关系具有重要价值。本文以禾本科赖草属牧草羊草(Leymus chinensis)为例,经过叶绿体基因组测序、拼接组装、基因功能注释、基因组特征分析、基因组比较及系统发育分析,开发了叶绿体非编码区及SSR分子标记,并应用在不同的羊草居群上,开启了赖草属牧草叶绿体基因组测序的先例,为羊草进一步分子标记开发、遗传多样性及分子谱系地理学研究、种质资源保护、抗逆性品种培育奠定基础,羊草叶绿体基因组为叶绿体基因工程、系统进化关系的研究提供重要依据。羊草叶绿体基因组全长136 783 bp,具有典型的四分体结构,包括大单拷贝区(LSC,80 946 bp),小单拷贝区(SSC,12 715 bp)和一对反向重复序列(IRa,IRb,各21 561 bp)。共注释得到131个基因,包括91个蛋白编码基因,32个tRNA基因和8个rRNA基因。羊草叶绿体基因组中91个蛋白基因共编码22 917个密码子,基因组中共检测到49个长重复序列和26个SSR位点,A/T碱基含量丰富。通过与已测序的5个羊草近缘种叶绿体基因组比较发现,羊草非编码区的变异程度高于编码区,大部分变异发生在基因间隔区;IR区比LSC和SSC区序列保守,且IR区内非编码区序列比LSC和SSC区非编码区序列更为保守;IR边界的扩张或收缩表现为基因rps19和ndhH位置的变化。通过与小麦族已测序的18个羊草近缘种系统发育分析得到,羊草与小麦(Triticumtimopheevii)和冰草(Agropyroncristatum)亲缘关系较近,与大麦(Hordeumvulgare)较远。通过对12个叶绿体DNA片段测序及其序列间变异分析,结果得到ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH4条序列变异相比较丰富。9个羊草居群37个个体在4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态度Hd为0.928,核苷酸多态度Pi为0.00101;遗传分化指数Fst为0.58884,基因流Nm为0.17,基因流较小;中性检验Tajima’s D(-1.08542)和Fu’sFs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P>0.1);AMOVA分析结果显示,分子变异主要出现在居群间(65%);Mantel检验得到,羊草各居群的地理距离与遗传距离具有显著相关性(R=0.449,P<0.05)。通过系统发育树和单倍型网络图分析均得到,单倍型H2和H10(即居群Pop6和Pop8)的亲缘关系较近。对羊草叶绿体基因组中检测到的26个cpSSR位点多态性进行分析,筛选到8个具有多态性的标记。Nei’s遗传多样性指数h为0.2024,Shannon’s信息指数I为0.3095;9个羊草居群的Nei’s遗传多样性指数h平均为0.0587,Shannon’s信息指数I平均为0.0865;整体来看,羊草cpSSR多态性小,遗传多样性水平偏低。聚类分析与Structure软件分析均得到,居群Pop6和Pop8亲缘关系最近。羊草cpSSR和叶绿体非编码区标记分析得到的结果基本一致。