桦木科叶绿体基因组的系统发育分析

发布时间：2020-09-18 18:04

　　桦木科(Betulaceae)隶属于壳斗目(Fagales),包含六个属,约160种。本研究对桦木科六个属共24个物种的叶绿体基因组(chloroplast genome,plastomes)进行了比较基因组学分析,进一步提高了我们对该科植物叶绿体基因组的认识;而利用叶绿体基因组序列及相应物种的ITS序列对桦木科进行的系统发育分析,使我们能够更加深入地理解桦木科植物的进化历程,从而更有效地对该科植物进行开发利用。通过比较基因组学分析,我们发现桦木科植物的叶绿体基因组相对比较保守,均由长单拷贝区(large single-copy region,LSC)、短单拷贝区(small single-copy region,SSC)和将单拷贝区(single-copy region,SC)分隔开的两个反向重复区(inverted repeat regions;IRA,IRB)共四个区域组成,长度在158-161 kb之间,包含排列顺序相同的111个基因。与此同时,桦木科植物的叶绿体基因组也存在一定程度的变异,如反向重复区在榛属植物中的扩展、四个区域边界的变化以及包括蛋白编码区在内的基因组序列的变异等。叶绿体基因组的系统发育分析表明,桦木科的六个属均为单系起源;而在基于ITS序列构建的系统发育树中,铁木属与鹅耳枥属则形成复系,聚为一簇。通过比较基于叶绿体基因组序列与ITS序列分别构建的系统发育树,我们发现桦木科各个属内不同的物种间存在着众多系统发育位置不一致的现象,这说明在桦木科的进化过程中可能存在广泛的杂交(hybridization)、渐渗(introgression)、不完全谱系筛选(incomplete lineage sorting)等现象。此外,我们基于叶绿体基因组蛋白质编码序列和四个化石记录对桦木科植物的分化时间进行了估算。结果表明,桦木科起源于白垩纪(Cretaceous)末期与古新世(Paleocene)早期之间(63.7-74.9 Mya),而本研究中六个属的物种均于中新世(Miocene)中期至晚期(6.4-17.3 Mya)开始分化。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S792.15
【部分图文】：

系统发育树

有根树（图1-1a）是指具有方向的树，包含唯一节点作为树中所有分类单元的最近共同祖先；而无根树（图 1-1b）没有根部的这一节点，不体现演化的方向，只表示节点间的关系。节点有内部节点和外部节点之分，内部节点指演化过程中的共同祖先或发生演化的位置，外部节点一般指现存的分类单元（个体、种群、物种等）[21、22]。根据研究类群、算法、模型、拓扑结构及用途等因素，系统发育树分为很多种类型，其中，最常见的是二歧树（dichotomy tree），即每个节点只包含两个分支的系统发育树。图 1-1 系统发育树结构Figure 1-1 The structure of phylogenetic tree目前，利用分子证据构建系统发育树已成为系统发育分析的基础，构建的方法主要有两种：（1）基于距离的建树方法，包括最小进化法（minimum evolution，ME）[23]、非加权分组平均法（unweighted pair group method with arithmetic mean

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兰州大学硕士学位论文桦木科叶绿体基因组的系统发育分析们将 77 组序列去除低质量比对位点及分散区域后进行串联，得到了一组长度为65,583 bp 的序列矩阵。对于叶绿体全基因组序列及 ITS 序列，我们分别得到了长度为 140,313 bp 和 758 bp 的序列矩阵用于后续分析。

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兰州大学硕士学位论文桦木科叶绿体基因组的系统发育分析与分化形成。但由于物种数量、叶绿体基因组有效信息位点数量等因素的限制，我们并没有很好地解析桦木科同一属内不同物种间的系统发育关系。随着高通量测序技术的迅速发展普及，成本愈发低廉，将使更多桦木科物种的全基因组得以测序。而全基因组数据所包含的遗传信息远大于叶绿体基因组，利用全基因组数据在群体水平上对桦木科进行系统发育分析将成为必然，这也将极大地促进我们对桦木科植物进化历程的探究及理解。

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