肉苁蓉属（Cistanche）植物与寄主间水平基因转移研究

水平基因转移（HGT）指非交配关系生物间的基因交流，在基因组进化中的作用已引起广泛重视。具有寄生关系的生物成为研究水平基因转移的最佳选择。肉苁蓉属（Cistanche）为专性根寄生植物，通过吸器与寄主相联并汲取营养物质，与寄主存在营养物质交流。然而，肉苁蓉属植物与寄主是否存在遗传物质交换、在基因组进化过程中是否发生水平基因转移尚未见研究报道。本项目以特色药用寄生植物肉苁蓉属为研究对象，拟采用表达序列标签文库、分子杂交等方法筛选发生水平转移的基因序列，采用SMARTer RACE克隆其全长，并通过定量PCR进行表达分析；用生物信息学软件和在线分析技术对基因序列进行分析，构建系统发生树，研究功能，测算转移时间，探索肉苁蓉与寄主是否协同进化。将揭示肉苁蓉属植物水平基因转移机制及程度，为挖掘肉苁蓉属植物特异基因资源，深入开展分子遗传育种学研究奠定基础。为宁夏中药材特色产业发展提供理论依据。

寄生植物与寄主是研究水平基因转移现象的良好体系。本项目拟对肉苁蓉属植物与寄主间的水平基因转移进行探究，揭示肉苁蓉属植物与其寄主间水平基因转移的方向与方式，明确肉苁蓉属植物与其寄主间水平基因转移的程度，初步阐明水平基因转移对肉苁蓉属植物及其寄主协同进化的影响。项目对肉苁蓉、管花肉苁蓉、梭梭、盐生肉苁蓉的线粒体基因组进行了测序，梭梭线粒体基因组共220900bp，已测定的肉苁蓉、管花肉苁蓉线粒体基因组总长度为462,162bp和570,980bp。完成了肉苁蓉、管花肉苁蓉、梭梭线粒体基因组序列的碱基组成、ORF分布、密码子偏好性、氨基酸组成、重复序列、tRNA二级结构等生物信息学分析。检测筛选出肉苁蓉与梭梭间发生转移的基因matR，系统进化分析显示线粒体基因matR是由梭梭线粒体基因组转移至肉苁蓉线粒体基因组中的。应用Illumina Hiseq2000平台进行转录组测序，肉苁蓉、管花肉苁蓉、盐生肉苁蓉、梭梭、柽柳的转录组测序总计获得35,176,376,880nt数据。其中肉苁蓉7,021,244,520nt；管花肉苁蓉6,930,479,160nt；盐生肉苁蓉7,014,293,640 nt；梭梭7,092,135,000 nt；柽柳7,118,224,560 nt。根据转录组序列测定结果，共组装获得Contig1,067,354个， Unigene706,599个，注释到NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、COG、GO库的Unigene分别是275,000个、211,943个，167,204个，162,922个，108,443个，193,694个。预测获得编码蛋白框（CDS）共303,297个。对组装结果进行一致性比对，共得到866条高一致性序列。基于比对结果对肉苁蓉属植物向寄主植物和寄主植物向肉苁蓉属植物的mRNA水平转移进行了分析，推测131条mRNA序列发生了转移。肉苁蓉属植物与寄主间存在着频繁的遗传物质交流，对二者协同进化存在着重要的影响。项目对肉苁蓉属植物与寄主间的水平基因转移进行了深入研究，获得了大量有意义的研究成果。本研究为肉苁蓉属植物乃至所有寄生植物与寄主间的遗传物质交流研究奠定了坚实基础，为开展寄生植物水平基因转移研究提供了重要借鉴。