桑寄生科钝果寄生属和鞘花属植物叶绿体基因组结构研究

摘要

叶绿体是植物中非常重要的细胞器，具有独立的基因组。叶绿体基因组结构高度保守，且含有大量有价值的基因信息，可用于分子标记、条形码鉴定、系统进化以及比较基因组学研究。寄生植物完全丧失或仅保留了部分光合能力，其叶绿体基因组结构发生了不同程度的变化，许多基因已经假基因化或者完全丢失。 钝果寄生属Taxillus和鞘花属Macrosolen均属于桑寄生科Loranthaceae半寄生性植物。其中，广寄生Taxillus chinensis、桑寄生T.sutchuenensis和鞘花Macrosolen cochinchinensis等植物具有较高药用价值，应用广泛。《中国药典》2015年版记载广寄生（药材名为桑寄生）具有祛风湿，补肝肾，强筋骨，安胎元的作用，用于风湿痹痛，腰膝酸软，筋骨无力，胎动不安等症。本研究利用高通量测序技术首次对桑寄生科四种钝果寄生属和三种鞘花属植物的叶绿体基因组序列进行了测定、注释和分析，以探讨寄生生活对叶绿体基因组结构变异的影响。另外，本研究还首次利用叶绿体基因组序列对七种植物在檀香目内的系统发育关系进行了分析。主要结果如下: 1、四种钝果寄生属植物叶绿体基因组结构分析 (1)广寄生Taxillus chinensis、桑寄生T.sutchuenensis、柳叶钝果寄生T.delavayi和滇藏钝果寄生T.thibetensis的叶绿体基因组全长分别为121，363bp、122，562bp、119，941bp和122，286bp，均为典型的四分体结构，包括一个大单拷贝(LSC)区、一个小单拷贝(SSC)区和两个反向重复（IR）区。 (2)在桑寄生和广寄生叶绿体基因组中，分别注释到了106个基因，包括66个蛋白编码基因、28个tRNA基因、8个rRNA基因和4个假基因。在柳叶钝果寄生和滇藏钝果寄生的叶绿体基因组中，分别注释到了109个基因，包括69个蛋白编码基因、29个tRNA基因、8个rRNA基因和3个假基因。 (3)与烟草Nicotiana tabacum相比，桑寄生和广寄生叶绿体基因组中所有的ndh基因、3个核糖体蛋白(rp)基因、7个tRNA、4个ycf基因以及infA基因全部丢失，rpl16、rpl2和重复基因ycf15均已假基因化。柳叶钝果寄生和滇藏钝果寄生叶绿体基因组中，所有的ndh基因、2个rp基因、3个tRNA、4个ycf基因和infA基因全部丢失，位于边界的rpl2和ycf1区段已被假基因化。 (4)由多序列比对发现，本研究中四个物种的SSC区要远远短于烟草，而且比半寄生植物槲寄生属Viscum minimum的SSC区也要短3kb左右。柳叶钝果寄生和滇藏钝果寄生的SSC区与广寄生、桑寄生、烟草和槲寄生属植物V.minimum相比发生了反转。 2、三种鞘花属植物的叶绿体基因组结构分析 (1)鞘花Macrosolen cochinchinensis、三色鞘花M.tricolor和双花鞘花M.bibracteolatus的叶绿体基因组序列全长分别为129，570bp、126，621bp和127，169bp，均包含LSC、SSC、IRa和IRb四个区段，三个物种叶绿体基因组中GC含量分别为37.3％、37.7％和37.9％。 (2)三个物种的叶绿体基因组中，共注释到了113个基因，包括68个蛋白编码基因，35个tRNA，8个rRNA和2个假基因。与自养植物烟草N.tabacum相比，三个物种中所有的ndh基因、3个rp基因、2个tRNA基因、3个ycf基因和infA基因均已丢失。 (3)经多序列比对，鞘花属三个物种叶绿体基因组结构无较大差异，非编码区变异程度大于编码区，SSC区变异程度大于LSC区，IR区最为保守。LSC区变异最大的区段为trnF-trnM基因间隔区。 3、七种植物系统发育分析 分别基于16个物种的58个共有蛋白编码基因和matK基因构建系统发育树，结果显示桑寄生科Loranthaceae与铁青树科Olacaceae亲缘关系较近，槲寄生科Viscaceae与檀香科Santalaceae和山柚子科Opiliaceae的亲缘关系较近;支持桑寄生科和槲寄生科独立分科。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1叶绿体基因组研究进展

1．1叶绿体基因组结构特征

1．2叶绿体基因组在物种鉴定方面的研究

1．3叶绿体基因组在植物系统进化方面的研究

1．4叶绿体基因组测序技术发展

2寄生类植物叶绿体基因组研究概况

2．1寄生类植物叶绿体基因组结构变异

2．2寄生类植物叶绿体基因组在系统进化中的研究

3桑寄生科植物资源研究概况

4本课题研究目的、意义与创新点

第二章四种钝果寄生属植物叶绿体基因组研究

1材料与方法

1．1样品采集、DNA提取和测序

1．2叶绿体基因组序列拼接

1．3叶绿体基因组序列验证、注释和结构分析

1．4密码子使用分析和RNA编辑位点预测

1．5简单序列重复(SSRs)和长重复序列分析

2．1四种钝果寄生属植物叶绿体基因组基本结构

2．2 四种钝果寄生属植物叶绿体基因组IR区收缩与扩张

2．4 四种钝果寄生属植物叶绿体基因组SSRs和长重复序列分析

2．5四种钝果寄生属植物叶绿体基因组比对分析

3讨论

3．1寄生生活方式对叶绿体基因组结构的影响

3．2二代测序技术和三代测序技术对叶绿体基因组序列拼接的差异

第三章三种鞘花属植物叶绿体基因组研究

1材料与方法

1．1样品采集、DNA提取和测序

1．2叶绿体基因组序列拼接

1．3叶绿体基因组序列验证、注释和结构分析

1．4密码子使用分析和RNA编辑位点预测

1．5简单序列重复(SSRs)和长重复序列分析

1．6叶绿体基因组比对分析

2结果与分析

2．1三种鞘花属植物叶绿体基因组基本结构

2．2三种鞘花属植物叶绿体基因组IR区收缩与扩张

2．3三种鞘花属植物叶绿体基因组密码子使用和RNA编辑位点预测

2．4三种鞘花属植物叶绿体基因组SSRs和长重复序列分析

2．5三种鞘花属植物叶绿体基因组比对分析

3讨论与小结

第四章四种钝果寄生属和三种鞘花属植物系统进化研究

1材料与方法

1．1材料

1．2方法

2结果与分析

3讨论与小结

参考文献

附录

致谢

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