胡椒(Piper nigrum),為多年生藤本植物,素有“香料之王”的美譽,是世界上最重要的香辛料作物之一,具有廣泛的藥用和工業(yè)利用價值。胡椒屬因其顯著的多樣性和處于基部被子植物中長期獨立的進化歷程,在物種進化研究中有重要意義。胡椒所屬的胡椒目位于木蘭亞綱(magnoliids)內(nèi),是被子植物中較為原始的類群,且兼具有類似的單子葉和雙子葉植物雙重形態(tài)學特征,使得整個木蘭亞綱相較于單子葉和雙子葉植物的進化位置存在爭議。胡椒堿作為胡椒最主要的功能物質(zhì),除在烹飪中廣泛使用外,其在化學預防、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗癌、消炎、解毒作用和促進中草藥和傳統(tǒng)藥物的吸收以及生物藥效率等方面具有廣泛的作用。目前,關于胡椒的基礎研究較為薄弱,高質(zhì)量參考基因組的缺失、胡椒堿等關鍵功能物質(zhì)代謝復雜等因素,嚴重阻礙了胡椒的分子育種及其資源的深度開發(fā)與利用,制約了胡椒堿的應用潛力。因此,本研究對胡椒進行全基因組測序和染色體水平的高質(zhì)量組裝,綜合解讀胡椒的基因組特征,物種進化位置,并進一步對胡椒堿合成代謝網(wǎng)絡和關鍵基因及其基因家族進行深入研究,初步解析胡椒堿生物合成分子機理,為后續(xù)的遺傳改良奠定分子基礎。取得的主要研究結...

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮略語表
1 前言
    1.1 胡椒概述
        1.1.1 胡椒研究現(xiàn)狀
        1.1.2 胡椒堿代謝通路
    1.2 基因組測序概述
        1.2.1 Illumina測序
        1.2.2 PacBio單分子實時測序
        1.2.3 10x Genomics測序
        1.2.4 BioNano測序
        1.2.5 Hi-C測序技術
    1.3 基因組組裝概述
    1.4 基因組注釋
        1.4.1 重復序列的注釋
        1.4.2 非編碼RNA注釋
        1.4.3 基因結構注釋
        1.4.4 基因功能注釋
    1.5 比較基因組和進化分析
    1.6 基因家族分析
    1.7 研究問題的由來與意義
2 材料方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 測序樣品
        2.1.2 試驗儀器與設備
        2.1.3 試驗試劑
    2.2 實驗方法
        2.2.1 胡椒基因組的測序
        2.2.2 胡椒基因組組裝
        2.2.3 胡椒轉(zhuǎn)錄組測序和數(shù)據(jù)預處理
        2.2.4 胡椒基因組的組裝質(zhì)量評估
        2.2.5 胡椒基因組的注釋
        2.2.6 胡椒比較基因組和系統(tǒng)進化分析
        2.2.7 胡椒堿合成基因家族分析
        2.2.8 胡椒轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析
        2.2.9 胡椒堿含量測定
3 結果分析
    3.1 胡椒基因組測序
        3.1.1 胡椒測序樣品的選擇與DNA提取
        3.1.2 胡椒基因組的survey分析
        3.1.3 胡椒基因組的測序及質(zhì)量控制
    3.2 胡椒基因組的組裝
        3.2.1 胡椒基因組PacBio+10x Genomics的初步組裝
        3.2.2 單分子光學圖譜輔助組裝
        3.2.3 Hi-C輔助基因組組裝
        3.2.4 Postprocessing組裝結果
    3.3 胡椒轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)預處理
        3.3.1 RNA-seq
        3.3.2 Iso-seq
    3.4 胡椒基因組組裝質(zhì)量評估
        3.4.1 Illumina reads比對覆蓋度評估
        3.4.2 RNA-seq基因區(qū)覆蓋率評估
        3.4.3 CEGMA組裝覆蓋度評估
        3.4.4 BUSCO組裝完整性評估
    3.5 胡椒基因組注釋
        3.5.1 胡椒重復序列注釋
        3.5.2 胡椒非編碼RNA注釋
        3.5.3 胡椒蛋白編碼基因的注釋
        3.5.4 胡椒蛋白編碼基因的功能注釋
        3.5.5 胡椒次生代謝物的注釋
    3.6 胡椒比較基因組和系統(tǒng)進化分析
        3.6.1 胡椒比較基因組分析
        3.6.2 胡椒共線性分析
        3.6.3 胡椒全基因組復制分析
        3.6.4 胡椒物種進化分析及分歧時間估算
    3.7 不同組織胡椒堿含量
    3.8 胡椒堿合成代謝通路
        3.8.1 胡椒特異擴張和收縮的基因家族
        3.8.2 胡椒特異擴張基因家族的功能分析
    3.9 胡椒基因組RNA-seq數(shù)據(jù)基因表達分析
    3.10 序列演化
        3.10.1 苯丙烷代謝過程
        3.10.2 賴氨酸代謝過程
        3.10.3 酰基轉(zhuǎn)移酶
4 討論
    4.1 BioNano技術在精細基因組組裝中的作用
    4.2 質(zhì)體基因組和核基因組在構建物種進化樹中的作用
    4.3 胡椒目的物種演化過程
    4.4 胡椒堿生物合成分子機制
參考文獻
附錄
    附錄1 DNA提取
    附錄2 RNA提取
    附錄3 胡椒堿含量測定
附表1 本研究所用植物特異轉(zhuǎn)座子Pfam編號
附表2 本研究PacBio+10x Genomics初步組裝胡椒基因組(“Piper_nigrum_v1”)結果統(tǒng)計
附表3 本研究PacBio+10x Genomics+BioNano組裝胡椒基因組(“Piper_nigrum_v2”)結果統(tǒng)計
附表4 Hi-C數(shù)據(jù)統(tǒng)計
附表5 本研究最終組裝胡椒基因組(“Piper_nigrum_v3”)結果統(tǒng)計
附表6 胡椒基因組重復序列統(tǒng)計
附表7 胡椒轉(zhuǎn)錄因子(TFs)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(TRs)和染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子(CRs)的注釋統(tǒng)計
附表8 胡椒和無油樟全基因組比較統(tǒng)計
附表9 胡椒和無油樟全基因組比較共線性區(qū)塊統(tǒng)計
附表10 胡椒和無油樟全基因組比較共線性位點統(tǒng)計
攻讀學位期間已發(fā)表的論文和待發(fā)表的論文
參加會議摘要
申請專利
致謝



本文編號：3864660