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圆叶牵牛花青素代谢途径的基因型变异与花色变异的进化生物学研究

2020-11-23阅读(702)

圆叶牵牛花青素代谢途径的基因型变异与花色变异的进化生物学研究

论文摘要

基因型变异和表型变异的相互关系问题是尚未解决的生物学基本问题之一,而解决这个问题的一个有效方法是研究基因组中功能相关基因的分子进化和表型效应的相互关系。在本研究中我们利用圆叶牵牛花青素代谢途径（该途径合成了与花色形成有关的色素）来研究表型变异和基因型变异的进化关系,希望探讨两个问题:1、代谢途径上基因多态性在不同位点的表现程度如何? 2、在中国种群中传粉者对花色有无选择?在对第一个问题的研究中调查了中国圆叶牵牛花青素代谢途径部分结构基因和调控基因的多态性。所研究的结构基因为途径的第一个关键酶基因CHS-D基因和较下游的ANS基因、UF3GT基因,以及调控基因W位点。其次是在温室中进行人工自交以获得所研究基因的纯合体。在对第二个问题的研究中,首先调查了野外圆叶牵牛不同花色的传粉者和传粉几率,其次是分析有色花个体与白花个体中的遗传变异程度。目前的研究结果表明CHS-D位点有3个等位基因,其中在中国的西南部地区发现了1个新的、在已报道的7个等位基因以外的等位基因;较下游的结构酶基因ANS位点存在有5个等位基因（在中国新发现3个等位基因）;UF3GT位点目前只发现有2个已报道的等位基因。在中国的圆叶牵牛中,新发现调控基因W位点上一个有功能的等位基因Ipmyb2,它与已报道的等位基因Ipmyb1的差异主要存在于内含子部分,而与发生缺失（1个6bp的缺失和1个19bp的缺失）后无功能的等位基因ipmyb2（该基因造成白花）存在外显子部分的8个碱基的差异。野外传粉观察结果表明,白花个体与有色花个体受到传粉者介导的选择,传粉者偏爱有色花而歧视白花,而且与在美洲不同,在中国圆叶牵牛的主要授粉者为蛾类而不是蜂类,从野外观察统计的结果看蛾类的传粉效率要高于蜂类。以上结果表明:1)花青素代谢途径上酶基因的位点均有一定程度的多态,其中尤以ANS为最高;调控基因ipmyb2的核苷酸缺失造成该基因停止功能,使其纯合子的个体开白色花。2)授粉者所介导的花色表型选择确实在中国种群中发生,有可能进一步增加花色代谢途径上基因位点的遗传变异。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一部分 综述：花色的分子进化研究进展
  • 1、牵牛属植物是研究进化的模式植物之
  • 1.1 起源及系统关系
  • 1.2 适合于研究表型变异与基因变异的关系
  • 2、花青素代谢途径
  • 3、授粉者介导的选择
  • 4、花色变异的分子进化机制
  • 4.1 基因重复
  • 4.2 调控基因的作用
  • 4.3 转座子的作用
  • 4.4 表型的适应限制未来的分子进化方向
  • 5、本研究的研究目标
  • 第二部分 决定花色的基因在适应进化中的遗传变异
  • 1. 实验材料
  • 1.1 实验样品
  • 1.2 取样地点
  • 1.3 所研究的基因
  • 2. 实验方法
  • 2.1 实验室工作
  • 2.1.1 DNA 的提取
  • 2.1.2 RNA 的提取
  • 2.1.3 目的基因片段的
  • 2.1.4 克隆与筛选
  • 2.1.5 测序反应
  • 2.1.6 数据分析
  • 2.2 野外观察
  • 2.2.1 传粉观察
  • 2.2.2 野外生长状况观察
  • 2.3 温室人工自交工作
  • 3. 实验结果
  • 3.1 野外传粉情况调查
  • 3.1.1 圆叶牵牛不同花色个体的表型差异
  • 3.1.2 圆叶牵牛的传粉者
  • 3.1.3 传粉者的行为
  • 3.2 结构基因的调查
  • 3.2.1 CHS-D 基因的测序
  • 3.2.2 UF3GT 基因的测序
  • 3.2.3 ANS 基因的测序
  • 3.3 调控基因的调查
  • 3.4 温室中圆叶牵牛人工自交工作
  • 4. 结论
  • 5. 讨论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 1. 附图
  • 图1 圆叶牵牛(Ipomoea
  • 图2 花青素苷元的基本结构
  • 图3 花青素代谢途径及其基因结构
  • 图4 中国的圆叶牵牛花色
  • 图5 中国圆叶牵牛采集地点分布图
  • 图6 中国圆叶牵牛的主要传粉者
  • 图7 中华蜜蜂和小豆长喙天蛾
  • 图8 欧洲、美洲等地圆叶牵牛主要传粉者—熊蜂
  • 图9 所研究基因的 PCR 产物凝胶电泳结果
  • 图10 样品中检测到的chs-D 等位基因的分布
  • 图11 CHS-D 等位基因的结构
  • 图12 中国圆叶牵牛中uf39t 等位基因的分布
  • 图13 中国圆叶牵牛的 ANS 等位基因的核苷酸序列比对
  • 图14 ANS 氨基酸序列比对
  • 图15 拟南芥 ANS 活性位点立体示意图（引自 Wilmouth,2002）
  • 图16 中国圆叶牵牛 IPMYB 基因的核苷酸序列比对
  • 图17 温室中圆叶牵牛花色的分离
  • 2.附表
  • 表1 花青苷元的类型
  • 表2 圆叶牵牛和裂叶牵牛中的转座子
  • 表3 牵牛在全国各省的分布统计
  • 表4 在中国各地（共 12 个省、市）取样的具体样本数量
  • 表5 所测序基因的位置、大小及等位基因数目
  • 表6 圆叶牵牛不同花色个体的表型调查
  • 表7 圆叶牵牛的野外分布频率及传粉情况的调查
  • 个人简介

    • 相关论文文献

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