扁蓿豆和青藏扁蓿豆居群遗传结构、 MrLEA3 基因适应性进化分析

NWIPB OpenIR

	扁蓿豆和青藏扁蓿豆居群遗传结构、 MrLEA3 基因适应性进化分析
	吴小培
学位类型	硕士
导师	王海庆
	2016
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
关键词	扁蓿豆青藏扁蓿豆遗传结构 Mrlea3 基因序列变异选择内含子
摘要	扁蓿豆和青藏扁蓿豆为豆科二倍体多年生牧草，野生扁蓿豆抗逆性强，生态适应性广，广泛分布于我国北方高纬度高海拔地区。青藏扁蓿豆是苜蓿属中唯一能够在青藏高原天然高寒草地中越冬生长的物种。因此，了解扁蓿豆和青藏扁蓿豆居群的遗传背景，挖掘抗寒基因资源，揭示其适应高原极端环境的分子机制，可以为苜蓿属牧草的遗传改良提供理论依据。本研究收集了位于青藏高原及其毗邻地区的 8 个青藏扁蓿豆和 3 个扁蓿豆群体以及来自内蒙古地区的 1 个扁蓿豆群体，首先利用核内转录间隔区和叶绿体非编码区分析其居群遗传结构并根据扁蓿豆低温转录组数据，筛选出受低温诱导上调表达的 LEA 基因，分析其在两种扁蓿豆中的序列变异模式、群体遗传分化和自然选择作用。在此基础上，构建含有最长、居于中间和最短内含子长度的 MrLEA3 基因全长与 GFP 融合的表达载体，通过瞬时侵染烟草，研究内含子长度变异对基因表达的调控作用。主要研究结果如下： ①基于 nrITS 和 cpDNA 序列的遗传聚类均把 12 个采样居群分为 2 组，这与形态鉴定结果相一致，即分别为青藏扁蓿豆和扁蓿豆。遗传多样性分析表明青藏扁蓿豆和扁蓿豆群体呈现出较高的单倍型多样性和较低的核苷酸多样性，推测是由于在进化过程中发生了种群爆发而产生了众多单倍型所致；青藏高原东南边缘的青藏扁蓿豆群体表现出较高的遗传多样性水平，推测高原东南边缘可能存在青藏扁蓿豆在第四纪冰期时的避难所，并且在该区域发生了青藏扁蓿豆向扁蓿豆群体的基因入侵；分子变异分析（AMOVA）显示，两个种群体内的遗传变异都大于群体间的遗传变异且种内群体间的历史基因流较大；错配分布和中性检验分析表明，青藏扁蓿豆群体经历了明显的种群扩张，扁蓿豆群体在其进化过程中发生了局部扩张。 ②根据扁蓿豆低温转录组数据，筛选出了一个受低温诱导明显表达的编码晚期胚胎发生丰富蛋白的基因位点MrLEA3，表达特性分析发现其在扁蓿豆幼苗中的表达受 NaCl、 ABA、脱水、低温等逆境胁迫诱导；进一步克隆了该基因，序列分析表明其属于 LEA_2 超家族的一个基因，具有 WHy（Water Stress and Hypersensitive Response）保守结构域，序列相似性分析显示该基因与同属的蒺藜苜蓿的核苷酸序列相似度为 93%；蛋白二级结构预测表明其二级结构中无规卷曲的比例很高，在受到水分胁迫时，LEA 蛋白在结构可以发生改变，亲水表面暴露在外，作为一种亲水缓冲液阻止水分的过快散失。 ③从采样群体中分别选取 3 个青藏扁蓿豆和扁蓿豆群体，设计引物扩增 MrLEA3 基因全长，分析种水平、种内群体水平上 MrLEA3 基因的核苷酸多样性、群体遗传分化和选择作用，结果表明，两种扁蓿豆基因编码区和青藏扁蓿豆的内含子区均没有检测到自然选择的信号，扁蓿豆内含子区可能发生了选择性清除。 ④序列分析发现两种扁蓿豆 MrLEA3 基因编码区变异很小且几乎都为非同义突变，青藏扁蓿豆内含子区呈现丰富的多态性；构建含有不同 MrLEA3 内含子长度的植物表达载体，利用农杆菌介导的瞬时侵染法感染烟草叶片，提取，qRT-PCR 结果显示，当有内含子存在时，报告基因表达量下降，内含子长度变异对基因表达水平的影响较弱。MrLEA3 内含子丰富的多态性可能不是其对极端环境的一种适应性机制。
学科领域	生物科学
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://210.75.249.4/handle/363003/5895
专题	中国科学院西北高原生物研究所
作者单位	中国科学院西北高原生物研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	吴小培. 扁蓿豆和青藏扁蓿豆居群遗传结构、 MrLEA3 基因适应性进化分析[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
扁蓿豆和青藏扁蓿豆居群遗传结构、MrLE（2109KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文