丹参的叶绿体和线粒体基因组研究

【摘要】植物的细胞器(叶绿体和线粒体)基因组是植物全基因组的重要组成部分,在系统进化、物种鉴定、核质互作、基因工程等研究中具有重要作用。丹参(SalviamiltiorrhizaBunge)为唇形科多年生草本植物,具有重要的经济和药用价值。当前有关丹参细胞器基因组的研究甚少,这在一定程度上阻碍了丹参相关研究的开展。目前高等植物细胞器特别是线粒体基因组的获取仍存在一定难度。本研究以丹参的全基因组测序数据为基础,对药用植物细胞器基因组的组装和分析进行了探索,主要研究内容和结果如下：1.本文提出了一套叶绿体基因组组装策略：先通过双向延伸叶绿体的两个保守基因获得叶绿体基因组骨架序列再对其碱基进行校正以获得最终序列。这一策略不需要分离叶绿体DNA,整个过程仅产生一个重叠群,降低了拼接复杂性。利用此策略,我们获得了丹参叶绿体基因组序列,为唇形科第一条叶绿体基因组序列。丹参的叶绿体基因组全长151,328bp,呈典型的四段式结构,编码131个基因,去除重复后为114个,包含80个蛋白编码、30个tRNA和4个rRNA基因；其基因组结构、基因顺序、GC含量和密码子使用情况与典型被子植物的叶绿体基因组相似。在丹参的叶绿体基因组中共检测到4对正向、3对反向和7条串联重复序列。基于30个菊分支物种的简单重复序列(SSR)分析发现这些物种的SSR绝大多数为多聚A或多聚T,在叶绿体基因组内呈不均一分布。比较基因组研究结果表明丹参与其他三个唇形目物种的叶绿体基因组之间整体相似性较好,但基因间区的变异较大。序列变异分析发现了菊分支10个变异最大的基因和10个最保守的基因,并筛选出6个可用于菊分支近缘物种系统进化研究的候选基因。序列变异分析也证实了叶绿体基因的进化同时受到位置效应和功能分类的制约。基于71个叶绿体蛋白编码基因的系统进化研究表明丹参在现有叶绿体基因组公布的菊分支物种中与芝麻关系最近。2.本文提出了一套基于混合拼接第二代和第三代全基因组测序数据获取植物线粒体基因组的策略：其原理得益于植物细胞器基因组拷贝数远高于核基因组的特点,先利用小规模的454测序数据富集来自细胞器基因组的PacBio测序读长(CLR)并进行错误纠正,随后根据已获得的叶绿体基因组序列滤除叶绿体CLR,最后将剩余的CLR组装成线粒体基因组。利用此策略,我们首次将第三代单分子测序技术应用于植物线粒体研究并获得了丹参线粒体基因组序列,为唇形科第一条线粒体基因组序列。丹参的线粒体基因组全长499,236bp,编码69个基因,其中包含44个蛋白编码、22个tRNA和3个rRNA基因。整条线粒体含有22个内含子,包括18个顺式剪接内含子、4个反式剪接内含子,分布于11个蛋白编码基因。基于CLR和SOLiD末端配对读长的线粒体基因组重组分析发现18对重复序列产生重组,其中最大的三对重复序列(2.2、3.1和3.6kb)介导产生的重组构象与参考构象比例基本相等。但第四对长度为674bp的正向重复序列其基于SOLiD数据的重组率是基于CLR数据的两倍多,这表明丹参线粒体内可能存在组织特异性重组事件。3.本文分析了丹参细胞器基因组之间的序列迁移。分析仅发现由叶绿体往线粒体的序列迁移,片段总长37,612bp,占丹参线粒体基因组总长的7.5%。共有26个迁移片段长度大于或等于100bp,其中最长的片段长度为16,684bp,是目前已知的第二大叶绿体序列连续性迁移片段,仅次于西葫芦线粒体中长度为18,534bp的叶绿体迁移片段。
【作者】钱俊；
【导师】陈士林；
【作者基本信息】北京协和医学院，生药学，2014，博士
【关键词】唇形科；细胞器基因组；叶绿体；线粒体；高通量测序；

【参考文献】
[1]王明光.PNG Decoder硬件加速器的设计[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[2]郎俊芳.晋商、徽商典型传统民居建筑形态及装饰艺术比较探析[D].北方工业大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[3]程锋.离散风险模型的破产概率[D].安徽大学,概率统计,2004,硕士.
[4]王宝林.医疗机构医疗过失的法律认定[D].吉林大学,民商法学,2013,硕士.
[5]苏雨.卟啉及卟啉—蒙脱土复合物的光谱分析及其与O_2、CO的结合性能[D].河北工程大学,环境工程,2012,硕士.
[6]王晓辉.精神权利的类型化分析[D].南京师范大学,法律,2012,硕士.
[7]王忠民.陕西星王集团企业资源管理（ERP）系统开发与实施[D].南京理工大学,2004.
[8]胡雨嘉.提升农村消费市场对经济增长贡献率的策略研究[D].西南大学,政治经济学,2014,硕士.
[9]温少瑾.毛冬青甲素对白血病细胞K562细胞凋亡基因Survivin、Bax表达影响的研究[D].湖南中医药大学,中医内科,2013,硕士.
[10]石玲.现代性视野下的农村书写[D].杭州师范大学,文艺学,2013,硕士.
[11]魏帅.低温诱导对阿魏菇菌丝营养及挥发性成分的影响[D].新疆农业大学,食品科学,2012,硕士.
[12]张佳凯.三维石墨烯复合Co_3O_4电极在锂空气电池中的应用[D].北京理工大学,2015.
[13]郭良纬.小额贷款公司的运营风险及监管问题研究[D].山东财经大学,金融学,2013,硕士.
[14]王贤红.在华跨国公司中国雇员跨文化适应问题的调查[D].华东师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[15]齐备,佘斐斐,郭瑞,孙雅玲,栾铭湧.新兴的营销模式带给诺基亚的启示[J].商,2014,09:296+27.
[16]谭锦绣.提高自我同情水平对缓解高三学生考试焦虑的干预研究[D].西南大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[17]赵琳.铜绿假单胞菌中PA0716-PA0717基因间隔区及基因PA2580的功能研究[D].西北大学,微生物学,2014,硕士.
[18]张丹.流线型桥梁断面三分力系数及表面压力系数雷诺数效应[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[19]刘立夫.一种求反射界面倾向的方法[J].石油地球物理勘探,1978,01:27-31.
[20]张胜兵.远程教育中流媒体管理器的设计与实现[D].西北工业大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[21]陈春.乡村治理结构中的村民自治组织角色研究[D].南京农业大学,行政管理,2012,硕士.
[22]李春蕾.我国城市危机管理存在的主要问题及对策研究[D].吉林财经大学,行政管理,2014,硕士.
[23]黄璐.卵巢癌肿瘤干细胞分化过程中支架蛋白IQGAP1变化的体外研究[D].浙江大学,妇产科学,2014,硕士.
[24]李大友.医用光密度计电子计算机的研究[J].自动化学报,1980,03:170-180.
[25]温伏明.开口薄壁柱的空间稳定柱子曲线[D].重庆大学,结构工程,2003,硕士.
[26]甄祎.版式突破的研究[D].河北师范大学,美术学,2014,硕士.
[27]胡长征.济宁市市区初级中学阳光体育运动开展现状研究[D].山东师范大学,社会体育指导（专业学位）,2013,硕士.
[28]杨培颖,唐加福,于洋,裴金翔.面向最小碳排放量的接送机场服务的车辆路径与调度[J].自动化学报,2013,04:424-432.
[29]陈振华.地铁车辆制动控制装置试验台研究与开发[D].华东交通大学,交通信息工程及控制,2014,硕士.
[30]张文旭.管理规约之效力研究[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[31]任晔.西部地区农民专业合作组织发展研究[D].内蒙古大学,行政管理,2013,硕士.
[32]向孟群.TRIZ理论在逆向工程中的应用研究[D].广东工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[33]吴义可.分布式直流供电系统控制策略的研究[D].扬州大学,动力工程（专业学位）,2012,硕士.
[34]王梅.个人高等教育消费城乡差异影响因素调查研究[D].华中农业大学,教育经济与管理,2014,硕士.
[35]张骁栋.互花米草与蟹类扰动对崇明东滩植物种间关系及生地化循环的影响[D].复旦大学,生态学,2012,博士.
[36]孙强.山西河曲黄河阶地研究[D].西南大学,自然地理学,2014,硕士.
[37]贾国斐.Hesse流形的特殊方程与截面曲率[D].山西师范大学,基础数学,2014,硕士.
[38]郝慧婷.青海藏区当代中国马克思主义大众化问题研究[D].云南农业大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[39]徐飙.过程第一的阅读教学观及其实验[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[40]李邦跃.进出口结构和价格对通货膨胀的影响研究[D].广东财经大学,金融学,2014,硕士.
[41]赵振路.功能化纳米材料的构建与性能研究[D].长春理工大学,2012.
[42]金松.直动式电液数字伺服阀及其在位置伺服控制系统中的应用研究[D].浙江工业大学,2006.
[43]何龙.论公共图书馆微观服务体系优化[D].河北大学,图书馆学,2014,硕士.
[44]张姝.中国企业跨国经营风险评估研究[D].山东财经大学,企业管理,2013,硕士.
[45]蒋易.可净化核废水的新型纳米材料研发成功[J].水处理技术,2014,03:114.
[46]张国良.现代家电无线智能控制系统开发与应用[D].复旦大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[47]江宁.不确定时滞系统的稳定性分析和综合[D].中国科学技术大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[48]翟明哲.51单片机控制A/D转换器的连接方式[J].中外企业家,2015,09:250+252.
[49]王开璋.建瓯有机蔬菜产业发展研究[D].福建农林大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[50]黄甦.基于WSN的高压设备温度监测系统的设计及实现[D].南京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.