【摘要】：馬鈴薯致病疫霉是晚疫病的病原菌,在歷史上曾導致愛爾蘭大饑荒,至今仍不斷威脅著全球糧食安全。人們目前一般采用化學藥劑,農(nóng)業(yè)耕作措施以及應用抗病品種等對致病疫霉進行防治,但效果并不突出。而通過對其整個生命周期過程進行了解,然后選擇某一薄弱環(huán)節(jié)進行重點防治或將其打斷,則可能達到很好的效果,這也是其他植物病原微生物防治的常用方法。與其他卵菌相似,致病疫霉在生命周期中的營養(yǎng)生長階段被認為是二倍體,而也有一些報道發(fā)現(xiàn)了三倍體和多倍體的存在。前人還發(fā)現(xiàn),致病疫霉的倍性水平隨著其不斷演化而一直發(fā)生變化,占統(tǒng)治地位的優(yōu)勢菌株也一直處于更迭狀態(tài)。前人猜想其可能通過倍性水平的變化改變其遺傳變異度從而適應環(huán)境變化。對致病疫霉生命周期中不同生殖方式的研究發(fā)現(xiàn),其兼具無性生殖和有性生殖兩種形式,推測其通過前者快速繁殖以擴大群體,而通過后者發(fā)生染色體重組產(chǎn)生基因型多樣性。兩者優(yōu)勢相結合,致病疫霉便具備了適應各種環(huán)境條件的潛力。如此看來,致病疫霉的倍性水平與生殖方式似乎存在某種聯(lián)系,而它們又與其環(huán)境適應性有著很強的關聯(lián)。然而,目前幾乎沒有致病疫霉倍性水平與生殖方式間關系的系統(tǒng)研究,而不同倍性水平菌株的遺傳變異度、環(huán)境適應性機制及相關數(shù)據(jù)支持也鮮有報道。本文基于全基因組使用微衛(wèi)星標記,單核苷酸多態(tài)性分析,流式細胞儀核DNA定量和顯微鏡下染色體計數(shù),評估了幾個代表性菌株的倍性水平,發(fā)掘出致病疫霉倍性水平與生殖方式、遺傳變異度及環(huán)境適應性的關系,并給出有力的數(shù)據(jù)支持。同時,對三倍體和二倍體各一個菌株進行脅迫誘導處理和重測序分析,對致病疫霉倍性水平變化的模式提出猜想并驗證。主要結論如下:1.自然界中馬鈴薯致病疫霉的倍性水平與生殖方式間存在相關性。其中有性生殖群體均為二倍體,而幾乎所有主要的無性生殖系,如US-1和13_A2均為三倍體。2.致病疫霉倍性水平與遺傳變異度間存在相關性。相比于二倍體,三倍體菌株擁有更高水平的遺傳變異度,且這些變異在全基因組水平,編碼區(qū)和效應蛋白編碼區(qū)都具有顯著性差異。遺傳變異度更高,從一定程度上反映了其基因組在自然環(huán)境條件下具有更高的適應性和“容錯率”。3.在人工脅迫處理條件下,三倍體菌株NL08452經(jīng)歷快速的染色體丟失,該過程發(fā)生在變異積累之時或之前。倍性水平的變化,反映出三倍體菌株基因組在脅迫環(huán)境下很強的可塑性,這可能是其應對環(huán)境變化的一種很好的適應策略。4.三倍體菌株NL08452的每一套單體型并不是獨立演化的,其三套亞基因組應該是AAB,而不是ABC。三倍體在降倍后仍傾向于保持其雜合性,而保持了雜合性的這些后代菌株在生長和環(huán)境適應能力上沒有明顯的降低。本研究揭示了馬鈴薯致病疫霉倍性水平與生殖方式及遺傳變異度間的關系,對倍性水平變化與環(huán)境適應性的關系提出猜想并驗證,為馬鈴薯晚疫病的防治打下了理論基礎并提供了新的思路。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S435.32
【圖文】：

(也可以抓取與參考基因組堿基不同的 reads，這里以相同的為例)；通過這些reads找到其對應mate pair reads的起始位置，根據(jù)reads長度可計算其終止位置 (比對上 seed1 的 reads 分 read1， read2 兩種情況，其對應的 mate pair read 分別為 read2， read1)；對應 mate read 為 read1 的分為一組，為 read2 的分為另一組，計算兩組最小的起始位置到最大的終止位置范圍；以 mate read 為 read2 的一組 reads 確定的范圍為例，若該范圍內有 NL08452-M 過濾得到的SNP 位點存在 (即存在種子 SNP 位點)，則以該 SNP 位點為 seed2；抓取比對到 seed2 的 reads，同時需要滿足這些 reads 來源于 seed1 (即其 mate pair read 對 seed1位點有覆蓋)，統(tǒng)計這些 reads 上在 seed2 位點的堿基情況，以堿基類型出現(xiàn)最多的那種為 seed2的堿基情況 (理論上，來源于 seed1 且比對到 seed2 的 reads 在 seed2 上的堿基類型出現(xiàn)的情況應該只有一種，但實際還存在連鎖交換等問題，導致出現(xiàn)兩種或以上堿基類型)。Mate pair read 為 read1 的一組的處理方法同步驟 4) 和 5)。這樣，通過 seed1，seed2，就能確定二倍體 452-3 的其中一套亞基因組 (Haplotype 1，此處簡稱 H1) 情況，比如如下例子：Supercontig Left_pos Pos Right_pos H1Supercontig_1.1 86632 86990 87490 GTG

17Figure 4 Ploidy determination by chromosome counting and flow cytometry圖 4 流式細胞技術與染色體計數(shù)鑒定倍性水平綜合微衛(wèi)星標記、流式細胞技術、顯微鏡下染色體計數(shù)和重測序等技術和分析手段，對馬鈴薯致病疫霉倍性水平鑒定及其與生殖方式間的關系進行整理，如表4所示。由此可得到的結論為：馬鈴薯致病疫霉倍性水平與生殖方式間存在相關性，其中無性生殖系為三倍體，有性生殖系為二倍體。

23Figure 7 The proposed mechanism of ploidy reduction圖 7 倍性水平降低的推測機制由處理前后菌株新產(chǎn)生及丟失的雜合 SNP 位點數(shù)量統(tǒng)計圖表可知 (表 7，圖 6)，馬鈴薯致病疫霉菌株 NL08452-M 與 NL08452-S 新產(chǎn)生的雜合 SNP 位點比例接近 (P < 0.05)，由此推測每一套單體型并不是獨立進化的，因此三倍體菌株 NL08452 三套亞基因組應該是 AAB，而不是 ABC(圖 7)。單體型分型統(tǒng)計結果顯示，全基因組共有 12,031 個可用于做 phasing 的區(qū)域 (Three-SNPphasing regions)，脅迫處理前后，69.22%的區(qū)域三套亞基因組的單體型變化模式為 AAB 變?yōu)?AB(期望情況)。大于 1 Mb 的 Supercontig 共 51 條，對它們的單體型變化模式進行滑動窗口作圖展示，觀察期望情況在其上不同區(qū)域的分布情況 (圖8)。期望情況 (AAB變?yōu)锳B) 變化模式每個窗口 (1-Mb窗口大小，100-Kb 步移距離) 中所占的比例用不同顏色表示 (按所占比例由小到大，以 0.2 為大

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本文編號：2771083