Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27603/d.cnki.gkhzs.2021.000009 |
| 蓖麻重要农艺性状关联分析及野生种基因组组装 | |
| 陆建军 | |
| 出版年 | 2021 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) |
| 中文摘要 | 蓖麻,大戟科蓖麻属,是世界上最重要的油料作物之一,起源于非洲。蓖麻种子含油率高,其主要脂肪酸成分是蓖麻油酸,含量高达80%以上。蓖麻油具有特殊的理化性质,被广泛应用于润滑剂、化妆品、油漆、涂料、医药和燃油等领域,具有“天然石油”的美誉。蓖麻适应性广,耐盐碱和干旱,是边际性土地利用和土壤改良的最佳经济作物,这些优良品质都为蓖麻规模化栽培提供了优势基础。然而蓖麻研究起步晚,品种良莠不齐,缺乏系统的资源评价和表型鉴定,农艺性状遗传机制存在很大的空白,严重阻碍了蓖麻的育种进程。此外,起源于非洲的蓖麻也为揭示植物适应高紫外线辐射、强光和极端干燥等环境提供了良好的研究材料。在长期的适应性进化中,野生蓖麻基因组中存在着一些重要的功能基因,为该物种适应极端环境提供了重要遗传基础,但通常由于自然选择的放松而在驯化过程中丢失。为了探讨蓖麻种质资源间的遗传变异机制以及野生蓖麻适应野生环境的内在机制,首先利用来自国内和国外405份蓖麻种质资源,开展了资源评价和全基因组关联分析。其次,综合多种测序和组装方法,组装了染色体水平的野生蓖麻基因组(WT05),不仅提高了参考基因组质量,也为蓖麻研究提供精确的遗传信息。本研究主要结果如下:(1)利用来自非洲等地的野生蓖麻资源30份,以及中国农业科学院油料作物研究所提供的来自中国24个蓖麻种植省份的地方品种和育种品系375份,开展种质资源评价。分别统计了包括蒴果开裂、内果皮厚度、百粒重、穗高、穗长、株高、雌雄花比、种子长度、种子宽度、种子体积、种子总含油率及种子蓖麻油酸等7种脂肪酸成分在内的一共18个产量和品质性状的表型数据,建立了较为全面的蓖麻群体表型组学数据库。表型数据分析发现来自非洲、中国南方、中国中部和中国北方的蓖麻品系存在较大的地理区域特征,如南方品种具有内果皮较厚,株高较高的特点,而非洲野生蓖麻资源则具有蓖麻油酸含量高,种子百粒重小等特征。(2)利用已有的上述405份蓖麻种质资源的基因组重测序结果,并结合精确的表型数据结果进行了18个产量和品质性状的全基因组关联分析。揭示了多个影响蓖麻重要农艺性状的候选基因,其中包括表型性状株高、穗高;产量性状种子长、种子宽和百粒重;种子脂肪酸成分等。为蓖麻农艺性状改良和精准育种提供了靶标。(3)组装了一个染色体水平的野生蓖麻基因组,与之前的版本相比,在完整性和准确度方面有了显著提高。其基因组杂合率为0.337%,基因组大小为316Mb,一共10条染色体,挂载率为98.82%,组装完成后的基因组scaffold和contig N50大小分别为31.93 Mb和8.96 Mb,注释蛋白编码基因30,066个。(4)利用新获得的基因组,重新预测了两类重要的基因:蓖麻毒素编码基因和蓖麻油酸合成基因。结合RNA-seq数据分析结果对其组织特异性表达模式进行了分析,为这些基因的功能提供了新的见解。比较基因组分析发现,在蓖麻毒素A链中获得的43个蓖麻物种中特有的氨基酸肽链,这可能是蓖麻毒素毒性强的潜在候选区域。(5)通过和栽培品种NSL4773(Hale)以及其他目前已经完成基因组测序的四种大戟科植物的比较基因组学分析,发现发生正选择和家族扩张的基因明显富集在光合作用途径和DNA损伤修复通路,这与野生蓖麻适应强光强热的沙漠生境密切相关。值得注意的是,参与核苷酸切除修复(NER)和碱基切除修复(BER)的几个关键基因,如DNA连接酶1(LIG1)、DNA损伤结合蛋白2(DDB2)和DNA聚合酶(DNA polymerase)等,受到正选择作用。综上,本课题研究结果为蓖麻品种选育及农艺性状评价提供了重要参考;全基因组关联分析揭示了重要农艺性状的潜在调控机制,为精准育种提供了靶标;组装得到的染色体水平野生基因组为研究野生资源提供了参考基因组信息;对蓖麻毒素及蓖麻油酸合成相关基因的重新预测和分析为蓖麻毒蛋白及蓖麻油酸合成提供了重要信息;最后,非洲野生蓖麻的环境适应性进化分析为植物响应环境变化而发生的基因组演化机制提供了新的证据。 |
| 中文关键词 | 蓖麻 ; 农艺性状 ; 基因组组装 ; 适应性进化 ; 种质资源 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S565.6 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373274 |
| 作者单位 | 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陆建军. 蓖麻重要农艺性状关联分析及野生种基因组组装[D]. 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园),2021. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
| 个性服务 |
| 推荐该条目 |
| 保存到收藏夹 |
| 导出为Endnote文件 |
| 谷歌学术 |
| 谷歌学术中相似的文章 |
| [陆建军]的文章 |
| 百度学术 |
| 百度学术中相似的文章 |
| [陆建军]的文章 |
| 必应学术 |
| 必应学术中相似的文章 |
| [陆建军]的文章 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
