基于COS标记和STS标记的梨属植物系统发育研究

The genus Pyrus belongs to the tribe Pyreae in family Rosaceae. There is much controversy about the taxonomy and phylogeny of Pyrus because the hybridization in inter-species and inner-species are very common. Previous results were mostly based on morphology, botanical and chemical characters, molecular markers, genes in nuclear and chloroplast, which gave some evidence for the researches later. But many questions such as phylogeny, hybrids origin, evolution history of Pyrus, were still not ideally answered. Single or low copy genes may detect the unknown relationship of hybridization in inter-species or inner-species effectively, Thus, we will use the single copy nuclear gene Conserved Ortholog Sets (COS) designed from family Rosaceae and Sequence-Tagged Sites (STS) designed from transcriptome data of Pyrus in four dominant periods, choose for the primers which have polymorphisms in accessions of Pyrus, and then apply the chosen primers to all accessions used in this study, in order to better understand the phylogeny of inter-species, evolution history (e.g. radiation evolution, reticulate evolution) and uncover the hybrids origin.

梨属（Pyrus L.）植物属于蔷薇科（Rosaceae）中的Pyreae族。梨属植物种间和种内的杂交十分普遍，因此，一直以来关于整个梨属植物的分类和系统发育关系存有争议。以往的研究结果基于形态学、植物学特征和化学成分、各种分子标记、核基因和叶绿体基因等，为今后的研究提供了线索，但仍没有理想地解决东西方梨属植物的系统关系、杂种起源以及进化历史。单或低拷贝的基因能更有效地解决一些关系未明种间或种内的系统发育关系。因此本研究拟采用能扩增出保守直系同源基因序列的单拷贝核基因COS标记（Conserved Ortholog Sets）和基于梨转录组数据开发的STS（Sequence-Tagged Sites）标记，筛选出能在梨属植物上扩增出多样性的标记，并将它们应用于整个梨属植物的系统关系研究中，以期更好地解明东西方梨属植物种间的系统关系和进化历史（如辐射进化、网状进化），并揭示可疑杂种的起源。

梨基因组中42.4%为反转录转座子，它们具有良好的插入多态性。本研究对梨基因组中反转录转座子进行了预测和分类，对其内部元件逆转录酶进行了分析。另外，从反转录转座子中开发了RBIP标记，以及从梨休眠转录组数据中开发了SSR标记，并利用这些标记对梨属植物进行了亲缘关系研究和进化分析，主要结果如下：.（1）从酥梨基因组中分离得到1836个LTRs，包括Ty1-copia和Ty3-gypsy类型。从中选出440个可能具有功能的LTRs，鉴定它们含有至少2-3个基因模型，预测大部分LTRs可能在少于2.5百万年前就已经插入到梨基因组中。鉴定了5个高度重复的LTR反转录转座子家族，它们在苹果属和桃属植物中几乎未出现，但是在梨属植物中广泛分布，而且不同种间差异很大。.（2）采用生物信息学方法对LTRs中的逆转录酶进行预测，共获得345条copia类和99条gypsy类逆转录酶。通过系统聚类，copia类逆转录酶可分为6类；gypsy类逆转录酶可分为5类。序列比对结果显示梨中逆转录酶具有较高的异质性，copia类逆转录酶序列分歧度为0.44，gypsy类为0.38。此外，本研究首次发现逆转录酶在梨属植物正常生长组织中发生转录。.（3）从梨1836个全长LTRs及其侧翼序列中开发了196个RBIP标记。选取copia类Ppcr1亚家族的24个RBIP标记对110份欧亚梨属植物进行了遗传多样性研究。结果表明RBIP标记具有较高的插入多态性，Structure和UPGMA结果支持将所有样品分为东方梨和西方梨两大类。东方梨中，野生豆梨单独成一枝，秋子梨、砂梨和白梨混杂在一起，这可能是由于种间杂交引起的。西方梨中，欧洲梨单独成一枝，而北非和西亚梨聚在一起。.（4）从4个梨芽休眠转录组数据中预测得到8375个SSR位点，并对它们的重复类型和分布频率进行了统计。从开发的4100个基因组SSR标记中初筛出104个多态性SSR标记，随后选出28对多态性标记用于东西方梨属植物的遗传多样性及其评价研究中。结果表明从休眠转录组数据中开发的SSR具有多态性和通用性，并可以用于梨属植物及其近缘种的遗传多样性研究中。.本研究将有助于深入了解梨属植物中反转录转座子及其内部元件逆转录酶RT的分类、组成及表达情况。RBIP标记和转录组SSR标记的开发对探明梨属植物的遗传背景和进化提供了新的视野。