粟酒裂殖酵母种内天然变异的基因组学分析与遗传学应用

论文摘要

粟酒裂殖酵母作为单细胞模式生物,在生物学基础研究领域一直扮演着重要的角色。研究者们基于该物种开发了很多便于分子生物学和细胞生物学研究的良好的遗传操作工具,不过大部分遗传操作技术的开发都只集中于粟酒裂殖酵母实验室菌株,研究者们通常也只利用实验室菌株探索生命体的分子机理。随着二代测序技术的开发和普及,研究者们开始关注粟酒裂殖酵母的群体基因组学和遗传学的应用。他们获得野生粟酒裂殖酵母菌株研究该物种核基因组多态性。他们的研究发现粟酒裂殖酵母并没有清晰的种群结构。我们实验室一直对粟酒裂殖酵母的演化历史很感兴趣,我们决定利用粟酒裂殖酵母的线粒体基因组进一步探索该模式生物的进化历程。本论文从菌种保藏中心获得了 38株粟酒裂殖酵母菌株,利用Tn5打断基因组技术进行全基因组建库并进行二代测序。同时我们下载了之前研究上传的161株野生粟酒裂殖酵母的二代测序数据。我们一共获得了 199株粟酒裂殖酵母菌株的二代测序数据,并且对199株粟酒裂殖酵母菌株的二代测序数据进行从头拼接,成功获得了 69种线粒体基因组类型。我们基于串联的线粒体编码基因构建了系统发育树以及基于多态性位点构建种群结构图,发现粟酒裂殖酵母可以分为两个古老的谱系。参考菌株所在的谱系命名为参考组,另一个谱系则为非参考组。参考组线粒体基因组较为相似,多态性比较低。非参考组内部存在大量高度相似的线粒体基因组,剩下的线粒体类型其多态性明显高于参考组。我们认为非参考组内为数众多高度相似的线粒体类型可能和粟酒裂殖酵母的非随机采样有关。为了进一步探索线粒体基因组的种群结构,我们构建了 9棵内含子系统发育树。其结果和线粒体基因树一致,两个谱系内部的菌株都很好的聚集在一起,谱系之间被清楚地划分开来。同时我们还构建了核基因组上的低重组率区域（K-region）的系统进化树。我们也可以看到具有明显多态性差异的两个谱系,其中一个谱系的K-region比较相似,另一个谱系差异性较大。因此我们的结论是粟酒裂殖酵母菌株可以分为两个谱系。我们估算得出粟酒裂殖酵母两个谱系分开的时间大约在四千万代之前。关于粟酒裂殖酵母种内线粒体基因组多态性的分析有助于该模式生物群体基因组学的研究。除了粟酒裂殖酵母的进化历史,我们也非常关心该物种在遗传学上的应用。鉴定粟酒裂殖酵母中与感兴趣表型相关基因所在的区域可以促进我们对基因功能的理解。虽然粟酒裂殖酵母的遗传操作工具已经开发成熟,但是大部分的操作工具都应用于标准实验室菌株。基于标准遗传方法鉴定许多新突变是困难或不可能的。与高通量测序相结合的分离子分组混合分析法可以有效地对感兴趣性状相关的基因进行遗传定位。这里我们将分离子分组混合分析法应用于粟酒裂殖酵母,通过开发一株相对于实验室菌株的遗传定位菌株,并建立相应的生物信息分析流程来确定感兴趣表型相关基因在粟酒裂殖酵母基因组上的区域。粟酒裂殖酵母遗传定位菌株的建立和分离子分组混合分析法的运用,有助于开发出更好用的遗传操作工具并促进该物种在遗传学上的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 粟酒裂殖酵母的介绍
•   1.2 裂殖酵母线粒体基因组的组成
•   1.3 粟酒裂殖酵母线粒体内含子介绍
•   1.4 粟酒裂殖酵母群体基因组学的研究现状
•   1.5 粟酒裂殖酵母线粒体基因组的研究现状
•   1.6 分离子分组混合分析法的介绍及研究现状
•   1.7 本文研究的目的与内容
• 第二章 实验仪器和试剂
•   2.1 实验仪器
•   2.2 实验试剂
•   2.3 实验储液,培养基及缓冲液配置
• 第三章 粟酒裂殖酵母种内线粒体基因组多态性
•   3.1 材料和方法
•     3.1.1 粟酒裂殖酵母菌株来源
•     3.1.2 粟酒裂殖酵母基因组提取
•     3.1.3 粟酒裂殖酵母全基因组建库测序
•     3.1.4 粟酒裂殖酵母线粒体基因组组装与注释
•     3.1.5 K-region的拼接及注释
•     3.1.6 系统进化树的构建
•     3.1.7 多态性位点的确定
•     3.1.8 种群结构图的构建
•     3.1.9 基于多态性位点的热图构建
•     3.1.10 线粒体重组事件验证
•     3.1.11 粟酒裂殖酵母进化时间推算
•     3.1.12 本章使用的软件列表
•   3.2 结果
•     3.2.1 粟酒裂殖酵母线粒体基因组及K-region组装结果
•     3.2.2 粟酒裂殖酵母参考线粒体基因组错误修改
•     3.2.3 粟酒裂殖酵母线粒体基因组内含子的分布及演化
•     3.2.4 粟酒裂殖酵母线粒体基因组的系统发育关系研究
•     3.2.5 线粒体内含子存在-缺失多态性及其系统发育研究
•     3.2.6 K-region的系统发育分析
•     3.2.7 粟酒裂殖酵母两个古老谱系分离时间的估计
•   3.3 讨论
•     3.3.1 粟酒裂殖酵母的种群结构
•     3.3.2 粟酒裂殖酵母线粒体基因组的低重组率
•     3.3.3 粟酒裂殖酵母菌株的非随机采样
•     3.3.4 粟酒裂殖酵母种群结构的形成
• 第四章 粟酒裂殖酵母的遗传学应用
•   4.1 材料和方法
•     4.1.1 本章节用到的主要菌株
•     4.1.2 JB869菌株的验证
•     4.1.3 人工倒置2.23Mb倒位实验
•     4.1.4 同宗配合菌株筛选实验
•     4.1.5 异宗配合菌株的构建实验
•     4.1.6 粟酒裂殖酵母四分体孢子分析
•     4.1.7 基因组测序及获取多态性位点
•     4.1.8 分离子分组混合分析法湿实验操作流程
•     4.1.9 分离子分组混合分析法干实验分析流程
•     4.1.10 本章节用到的软件列表
•   4.2 结果
•     4.2.1 遗传定位菌株的选择
•     4.2.2 JB869多态性位点分布
•     4.2.3 JB869 2.23 Mb倒位菌株的构建
•     4.2.4 遗传定位菌株的运用
•   4.3 讨论
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
•   附表1 38株本研究新采集菌株的信息
•   附表2 161株菌株拼接测序信息汇总表
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陶雨恬

导师: 杜立林

关键词: 粟酒裂殖酵母,线粒体基因组,种群结构,遗传定位菌株,分离子分组混合分析法

来源: 北京协和医学院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学,生物学

单位: 北京协和医学院

分类号: Q933;Q78

DOI: 10.27648/d.cnki.gzxhu.2019.000197

总页数: 149

文件大小: 13634K

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