小麦栽培种与野生种的转录组组装及差异基因分析

摘要

普通六倍体小麦（Triticum aestivumL.）是全世界的主要粮食作物之一，硬粒小麦（Triticum durum）也是西方国家制作通心粉的原材料，国内外对小麦属的进化和驯化研究一直高度重视。小麦属（Triticum）中的一粒、二粒和普通小麦都有野生种和栽培种（或原始栽培种），是研究植物驯化和多倍化难得的材料。小麦属的驯化对人类历史的发展具有重要的意义，研究小麦属驯化过程中的关键基因，可以使人们深入了解小麦的驯化。本研究对小麦属的乌拉尔图小麦（Triticum urartu）、栽培一粒小麦（Triticum mon ococcum）、野生二粒小麦（Triticum dicoccoides）、硬粒小麦、斯卑尔脱小麦（Triticum spelta）和中国春6个物种进行转录组测序，通过SNP位点和表达量方面的差异探索小麦的驯化，结果如下： （1）以乌拉尔图小麦为例，评估 Trinity 无参组装质量。利用 blastn 软件对 Trinity无参组装和参考 CDS 序列进行比对。对 blastn 比对的结果统计发现：无参组装的结果中，绝大多数参考CDS序列可以在结果中找到相似的序列，但Trinity组装结果中还包含大量的和参考CDS序列不具有相似性的序列。 （2）通过分析栽培种相对于野生种的SNP位点，发现SNP位点在染色体和亚基因组间存在较大差异，在硬粒小麦中，2B染色体的SNP位点最多，4A染色体的SNP位点最少，B亚基因组SNP位点的数目多于A亚基因组；在中国春中，1A染色体上的S NP位点最多，6D染色体的SNP位点最少，SNP位点的数目在B、A、D亚基因组间依次递减。以2M为单位1M为步长对硬粒小麦SNP位点在各染色体上的具体分布做了统计，发现在染色体上外显子区域 SNP 位点出现的频率也具有较大的差异。通过对栽培一粒小麦、硬粒小麦、中国春存在 SNP 位点基因的功能注释，发现注释到的代谢通路存在很大的交集，分别占各自的65.95%、64.38%、100.00%，说明小麦属的栽培种中也存在趋同进化的现象。中国春和斯卑尔脱小麦间的单核苷酸差异远小于栽培一粒小麦和乌拉尔图小麦、硬粒小麦和野生二粒小麦间的单核苷酸差异。 （3）通过检测中国春、硬粒小麦、栽培一粒小麦与野生种表达差异基因，栽培一粒小麦相对于乌拉尔图小麦表达量差异基因占栽培一粒小麦总基因数目的1.96%，硬粒小麦相对于野生二粒小麦表达量差异基因占硬粒小麦总基因数目的10.4%，中国春中相对于斯卑尔脱小麦表达量差异基因占中国春总基因数目的19.8%。在差异基因注释过程中，发现栽培一粒小麦、硬粒小麦和中国春高表达基因和低表达基因存在注释到相同的功能，这种现象在中国春中更为明显。

目录

声明

符号说明

1 引言

1.1 小麦属概述

1.2 作物的驯化

1.3 小麦属转录组测序

1.4 研究目的及意义

2 材料和方法

2.1 实验材料

2.2 RNA提取和质量检测

2.3 文库构建及库检和上机测序

2.4 测序数据过滤和组装

2.5 栽培种和野生种差异检测

2.6 基因功能注释

3 结果与分析

3.1 测序与组装

3.2 差异基因分析

4 讨论

4.1 转录组组装

4.2 差异基因分析

5 结论

参考文献

附录

致谢