【摘要】：白樺(Betula platyphylla)是樺木科(Betulaceae)樺木屬(Betula)的落葉闊葉樹種,主要生長在亞洲溫帶和寒溫帶地區(qū),最典型的特征是紙張狀剝離的灰白色樹皮和長長的橫紋樣皮孔。白樺是我國北方重要的綠化和用材樹種,同時還具有很高的藥用價值,一直被科研人員所關(guān)注。然而,白樺目前還缺乏完整的基因組信息,這嚴(yán)重制約了相關(guān)研究的進(jìn)展。因此,本研究將利用二代和三代測序技術(shù),對白樺基因組進(jìn)行調(diào)研,分別對其細(xì)胞器和細(xì)胞核基因組進(jìn)行組裝和注釋,并分析其特征,最終得到較為完整的白樺全基因組信息,為白樺分子及育種研究奠定基礎(chǔ);同時基于東北林業(yè)大學(xué)高性能計(jì)算機(jī)集群,開發(fā)一套適合于高雜合林木基因組的拼接注釋流程,為今后其他林木基因組的解析提供幫助�；蚪M調(diào)研顯示,白樺基因組大小約為432.9 Mb,雜合率約為1.22%,重復(fù)序列含量約為47.9%,屬于高雜合基因組。同時發(fā)現(xiàn)野外取材的白樺葉片含有細(xì)菌污染,可能會對測序結(jié)果產(chǎn)生影響。因此最終決定采用無菌的白樺組培苗作為試材,通過二代和三代測序技術(shù)完成白樺全基因組測序。葉綠體基因組分析表明,白樺葉綠體基因組全長160,518 bp,包含一對長26,056 bp的反向重復(fù)序列(IRs)和被它們隔開的 89,397bp的長單拷貝(LSC)和 19,009 bp的短單拷貝(SSC)片段。整個葉綠體基因組共注釋得到129個基因,包含84個編碼蛋白的基因,37個tRNA基因和8個rRNA基因。在編碼蛋白的基因中,有3個使用了非ATG起始密碼子。比較基因組學(xué)顯示,殼斗目物種葉綠體基因組相對保守,但也存在一些變異熱點(diǎn)區(qū)域,可以用于設(shè)計(jì)分子標(biāo)記。RNA編輯位點(diǎn)識別表明,白樺葉綠體中至少有80處RNA編輯事件發(fā)生,其中大多數(shù)為C到U的轉(zhuǎn)變,而少部分不是。特別是3個rRNA上的位點(diǎn)可以被編輯成2個以上不同的堿基,這在以往的研究中從未被報道過。對那些不改變氨基酸的同義編輯,其相對同義密碼子使用度(RSCU)均有所提高。系統(tǒng)演化分析表明,與矮小樺(B.nana)相比,白樺和銀樺(B.pendula)有著更近的親緣關(guān)系。線粒體基因組分析則顯示,白樺線粒體基因組全長581,539 bp,GC含量為45.5%。其上共注釋得到了 65個基因,其中編碼蛋白的基因40個,tRNA基因22個,rRNA基因3個。重復(fù)序列分析表明,白樺線粒體基因組上有96個長散在重復(fù)序列,其中包括43個正向(forward)和53個回文(palindromic)重復(fù)序列�；蚪M比較的結(jié)果顯示,白樺線粒體基因組與近緣種銀樺線粒體基因組具有良好的共線性。白樺線粒體中共識別出475處RNA編輯位點(diǎn),遠(yuǎn)多于葉綠體。共線性分析顯示,白樺線粒體基因組中有5個長片段區(qū)塊來自葉綠體,占總長度的4.2%。白樺核基因組分析表明,共裝配出contigs 1,540條,總計(jì) 430.4 Mb,contig N50為754.6 kb,GC含量為35.7%。利用子代和雙親的遺傳圖譜信息,將91.3%的contigs掛載到14條假染色體上。重復(fù)序列分析表明,白樺核基因組中的重復(fù)序列占50.54%,其中以轉(zhuǎn)座子為主。非編碼RNA注釋共得到tRNA基因512個,rRNA基因265個。功能基因結(jié)構(gòu)注釋顯示,在白樺核基因組上,共注釋到編碼蛋白的基因31,578個,基因區(qū)平均長度為4,229 bp,CDS平均長度為1,089 bp,每個基因平均含有4.78個外顯子,鑒定出存在可變剪切現(xiàn)象的基因7,086個。BUSCO檢測結(jié)果顯示,94.2%的基因在白樺注釋結(jié)果中被完整覆蓋。基因功能注釋結(jié)果表明,有27,965個基因得到了注釋,占總數(shù)的88.6%。共線性分析顯示,白樺與葡萄(Vitis vinifera)和毛果楊(Populus trichocarpa)基因組在染色體水平上有良好的共線性,且白樺和葡萄的一些典型共線性區(qū)域在毛果楊染色體上存在2個對應(yīng)區(qū)域。全基因組復(fù)制分析進(jìn)一步顯示,白樺與葡萄一樣,在被子植物形成后,僅經(jīng)歷了 1次全基因組三倍化事件。系統(tǒng)演化分析則表明,白樺與銀樺親緣關(guān)系很近,兩者大約于2.6 Mya分開。
【圖文】：

２．２結(jié)果與分析逡逑２．２．１邋ＤＮＡ檢測及質(zhì)控逡逑由于要構(gòu)建３個小片段文庫，因此所需白樺ＤＮＡ含量較高。圖２－１凝膠電泳結(jié)果逡逑顯示，白樺ＤＮＡ條帶清晰明亮，但略有拖尾，可能存在輕微降解，但對小片段文庫的逡逑構(gòu)建影響不大。核酸濃度檢測結(jié)果顯示，其ＯＤ２６０／２８０為２．０，ＯＤ２６０／２３０為２．１，總含逡逑量完全滿足試驗(yàn)要求（表２－２）。逡逑Ｍ２邋１邋Ｍ１逡逑４３６１逡逑璐逡逑圖２－１白樺ＤＮＡ電泳圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ＤＮＡ邋ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｏｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｂ．邋ｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ逡逑注？？邋Ｍｌ邋泳道：ＩＩＩ邋ｄｉｇｅｓｔ；邋１邋泳道？？白樺邋ＤＮＡ；邋Ｍ２邋泳道：ＤＬ２０００。逡逑表２－２白樺ＤＮＡ濃度檢測表逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｔｈｅ邋ＤＮＡ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｂ．邋ｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ逡逑Ｓａｍｐｌｅ邐Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（ｎｇ／＾Ｌ）邐Ｖｏｌｕｍｅ邋（＾ｉＬ）邐Ｔｏｔａｌ邋（｜ｘｇ）邐逡逑ＤＮＡ邐６９．６邐２４８邐１７．３逡逑２＿２．２數(shù)據(jù)清洗和過濾逡逑測序公司將下機(jī)的白樺基因組小片段測序數(shù)據(jù)去除接頭和引物，進(jìn)行初步過濾，共逡逑得到ｒａｗ邋ｒｅａｄｓ文件共２９．３邋Ｇｂ邋（表２－３）。圖２－２和圖２－３的質(zhì)量控制結(jié)果顯示，測序質(zhì)逡逑量整體符合要求，但ｒｅａｄｓ前端和結(jié)尾處質(zhì)量較差，ｒｅａｄｓ前端出現(xiàn)明顯的堿基不平衡現(xiàn)逡逑－１６邋－逡逑

統(tǒng)計(jì)和拼接軟件的容錯能力等因素，對ｒａｗ邋ｒｅａｄｓ進(jìn)行部分截短和低質(zhì)量過濾。逡逑表２－４顯示，過濾后ｒｅａｄｓ長度變?yōu)椋梗板澹猓�，共得到ｃｌｅａｎ邋ｒｅａｄｓ邋２３．３邋Ｇｂ，過濾的ｒｅａｄｓ占逡逑ｒａｗ邋ｒｅａｄｓ的２０．５％。圖２－４和圖２－５顯示，，過濾后的ｃｌｅａｎ邋ｒｅａｄｓ，質(zhì)量明顯提高，堿基逡逑不平衡現(xiàn)象得到顯著改善，基本可以滿足后期試驗(yàn)的需要。逡逑表２－３白樺ｒａｗ邋ｒｅａｄｓ基本統(tǒng)計(jì)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｒａｗ邋ｒｅａｄｓ邋ｏｆ邋Ｂ．邋ｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ逡逑Ｉｎｓｅｒｔ邋Ｓｉｚｅ邋（ｂｐ）邐２００邐５００邐８００逡逑Ｒｅａｄｓ邋Ｌｅｎｇｔｈ邋（ｂｐ）邐１００邐１００邐１００逡逑Ｔｏｔａｌ邋Ｄａｔａ邋（Ｇｂ）邐１３＾邐＼＿Ｌ２邐＾６邐逡逑２００＿１邋２００＿２逡逑．邐，叫丨ｉ：：邐ｄ邐…：！廠逡逑；：；邐．邐ｉ逡逑＊邋■邋：邋：邋？邋＿邋－邋．．．邋■邋：．邋／：邋．邋－邋－．．ｉ邋？邋：＇－邋；邐■邋■邋．．．邋？邋？邋？邋■邋■邋．．．邐■．邋－邋■邋■邋■．邋＊逡逑５００＿１邐５００＿２逡逑５邐’ｌｌ邋；…ｈ邋丨、Ｔｆ逡逑■：邋＼．，：邐：邐＇邋／邋１邐＾邐ｌ�。保唬掊�；逡逑：邐；；ｒ邐－邐Ｈｉ！！邋ｉ邋ｎ逡逑：邐ＪＪ邐：邐！ｊｉ｜；邋ｊ逡逑？邋］邋－邋■．邋＾邋＾ｉ邋ｖ邋；－邋ｒ：邋＊邋■邋．邋：．＇ｗ：Ｖ；ｖ邋ｖ．＼邐＇＊．、邋：邋NB邐＇、八，＼＊７Ｔ＂＜邋－邋－邋■．．邋＜．邋ｃ？ｎ
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S792.153

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蔡訓(xùn)輝;王如意;范彥君;劉齊元;王瑜;周瑋;;作物線粒體基因組研究進(jìn)展[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2018年18期

2 ;非洲土著人線粒體基因組研究表明人類在7萬年前險些滅絕[J];生物學(xué)教學(xué);2008年10期

3 黎雪梅;李小兵;黃偉;;頂復(fù)門線粒體基因組結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J];中國寄生蟲學(xué)與寄生蟲病雜志;2014年05期

4 趙春霞;盛勃;唐德江;李鵬;趙和生;楊煥民;劉勝軍;;魚組織線粒體基因組提取方法的改進(jìn)[J];黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報;2013年02期

5 李雙雙;薛龍飛;蘇愛國;雷彬彬;王玉美;華金平;;高等植物線粒體基因組測序和序列分析[J];中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2011年02期

6 李玉秋;趙洪錕;譚化;劉曉東;張春寶;董英山;;八種植物線粒體基因組結(jié)構(gòu)特征分析與比較[J];生物技術(shù)通報;2011年10期

7 黃族豪;劉忷發(fā);;動物線粒體基因組變異研究進(jìn)展[J];生命科學(xué)研究;2010年02期

8 張鴻;陳祖玉;李陽生;朱英國;;馬協(xié)型水稻細(xì)胞質(zhì)雄性不育系線粒體基因組的變異與功能的研究[J];武漢植物學(xué)研究;2007年03期

9 郭凱文;線粒體基因組及其在寄生蟲學(xué)中的應(yīng)用[J];國外醫(yī)學(xué)(寄生蟲病分冊);2002年04期

10 黃青陽,陳光榮;植物線粒體基因組的研究進(jìn)展[J];植物學(xué)通報;1996年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 馬俊業(yè);夏旭華;楊群;;普通海綿動物線粒體基因組:表型特征與譜系年代分析[A];全國微體古生物學(xué)分會第九屆會員代表大會暨第十四次學(xué)術(shù)年會、全國化石藻類專業(yè)委員會第七屆會員代表大會暨第十五次學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2012年

2 龐有婷;張生芳;馮士騫;Václav Stejskal;Radek Aulicky;李志紅;;六種重要皮蠹的線粒體基因組研究[A];第五屆全國入侵生物學(xué)大會——入侵生物與生態(tài)安全會議摘要[C];2018年

3 江宏燕;陳世春;商靖;王曉慶;;茶刺蛾線粒體基因組的測序與分析[A];中國植物保護(hù)學(xué)會2019年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2019年

4 薛婷;汪桂玲;李家樂;;圓頂珠蚌F型線粒體基因組全序列分析[A];2014年中國水產(chǎn)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2014年

5 李明偉;林瑞慶;宋慧群;吳湘云;朱興全;;三種嚴(yán)重影響人和動物健康的弓首蛔蟲線粒體基因組的研究[A];第二屆全國人畜共患病學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

6 蔡昱婷;李沁;蔣敏;裘詩卉;張加勇;俞丹娜;;舟山川村陸蛙(Fejervarya kawamurai)的線粒體基因組結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系[A];浙江省動物學(xué)會第十三次會員代表大會暨學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2018年

7 趙林林;盧偉華;路寧寧;李永振;張朝暉;高天翔;;黃唇魚線粒體基因組全序列分析[A];中國海洋湖沼學(xué)會魚類學(xué)分會、中國動物學(xué)會魚類學(xué)分會2012年學(xué)術(shù)研討會論文摘要匯編[C];2012年

8 戚豫;張英;;臨床病例中線粒體基因組常見突變的篩查[A];遺傳學(xué)進(jìn)步與人口健康高峰論壇論文集[C];2007年

9 陳少賢;李紅;;線粒體基因組D-Loop區(qū)基因多態(tài)與男性O(shè)SAHS患者的相關(guān)性研究[A];浙江省醫(yī)學(xué)會呼吸系病分會成立三十周年慶典活動暨2008年呼吸病學(xué)學(xué)術(shù)年會論文匯編[C];2008年

10 陳少賢;李紅;;線粒體基因組D-Loop區(qū)基因多態(tài)與男性O(shè)SAHS患者的相關(guān)性研究[A];2008年浙江省內(nèi)科學(xué)學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 記者 李大慶;科學(xué)家給2萬年前的大熊貓做線粒體基因組測序[N];科技日報;2018年

2 記者 張夢然;長頸駝近乎完整的線粒體基因組出爐[N];科技日報;2017年

3 記者 陳超;日發(fā)現(xiàn)線粒體基因組初始化機(jī)制[N];科技日報;2016年

4 本報記者 伍平;昆明動物所:線粒體基因組的選擇壓力決定動物運(yùn)動能力[N];云南科技報;2009年

5 記者 馬波;線粒體基因組的選擇壓力與動物運(yùn)動能力相關(guān)[N];科技日報;2009年

6 記者 施艷燕;治病像換輪胎一樣簡單[N];蘇州日報;2011年

7 麻建麗;像體檢一樣檢測基因[N];溫州日報;2008年

8 記者 熊燕 禹江寧;我省獲獎科學(xué)家載譽(yù)回昆[N];云南日報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王遂;白樺全基因組測序及分析[D];東北林業(yè)大學(xué);2019年

2 明亮;雙峰駝遺傳變異圖譜及線粒體基因組群體遺傳多樣性研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

3 王碩;植物細(xì)胞器基因組變異與進(jìn)化機(jī)制研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

4 董佳佳;基于高通量測序的雛蝗屬線粒體基因組測定及分子系統(tǒng)學(xué)研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

5 李雙雙;棉花線粒體基因組測序及其細(xì)胞質(zhì)雄性不育機(jī)理的初步研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

6 盧慧甍;霍山蹦蝗和意大利蝗全線粒體基因組的測序及分析[D];陜西師范大學(xué);2006年

7 田相軍;水稻線粒體基因組[D];浙江大學(xué);2006年

8 吳孝兵;揚(yáng)子鱷保護(hù)遺傳學(xué)及線粒體基因組全序列研究[D];南京師范大學(xué);2001年

9 申欣;軟甲綱動物和星蟲動物線粒體基因組特征及分子進(jìn)化研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2008年

10 楊勁樹;海底熱液口甲殼類線粒體基因組及羅氏沼蝦生物鐘基因的分子解析與進(jìn)化分析[D];浙江大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙亞男;甜果螨的飼養(yǎng)及其線粒體基因組測序與全序列分析[D];皖南醫(yī)學(xué)院;2019年

2 姜兵;基于線粒體基因組的中國黑蝗亞科系統(tǒng)發(fā)育研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2019年

3 王賽賽;新疆雪蓮線粒體基因組組裝與分析[D];石河子大學(xué);2019年

4 何波;油茶主要傳粉蜜蜂的比較線粒體基因組學(xué)及系統(tǒng)發(fā)育研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2019年

5 陳永靜;廣義刀鍬甲屬比較線粒體基因組學(xué)及系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究（鞘翅目：鍬甲科）[D];安徽大學(xué);2019年

6 鐘燁;蟻科6屬6種線粒體基因組分子系統(tǒng)發(fā)育分析[D];廣西師范大學(xué);2019年

7 張穎;高質(zhì)量桃線粒體DNA提取技術(shù)體系的建立及線粒體基因組測序[D];河北科技師范學(xué)院;2019年

8 趙會玲;全線粒體基因組遺傳變異及氧化應(yīng)激與缺血性腦卒中的相關(guān)性研究[D];鄭州大學(xué);2019年

9 曹瓊文;胡蘿卜瓣化型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及其保持系的線粒體基因組分析[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

10 邱濤;玉米同核異質(zhì)及同質(zhì)異核雄性不育系線粒體基因組比較分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

本文編號：2704894