书目详细信息
： 基于绞股蓝和越南人参比较基因组的三萜生物合成演化研究
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY40.00 (估\呈缴)学位论文 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 基于绞股蓝和越南人参比较基因组的三萜生物合成演化研究/.杨玲著/.董扬指导 |
| 出版发行项： | 2022.6.14 |
| 载体形态项： | 123页:;+图表:;+30cm |
| 一般附注： | 食品科学技术学院,学号2019110007 |
| 提要文摘： | 绝大多数结构多样的代谢物是由植物产生以适应复杂的环境影响和发育过程，这些代谢物在植物中起着至关重要的作用。药用或药食两用植物的有效成分大多来源于植物本身的次生代谢产物，所以植物的次生代谢产物是新药、先导化合物开发的重要来源。三萜类物质是基于六个异戊二烯单元的碳骨架的化合物。在真核生物中，已经发现了上万种三萜类化合物，有近几百种不同的骨架，构成了植物代谢物中最大的结构多样性群体之一。三萜类化合物骨架通常由真核生物中的2,3-氧化角鲨烯和细菌中的角鲨烯环化产生。在三萜生物合成过程中有三个形成三萜物质结构多样性的关键节点，分别由氧化鲨烯环化酶家族（OSCs）、细胞色素P450家族（CYP450s）和UDP-糖基转移酶家族（UGTs）催化。三萜多样性的演化正是由这三个家族的进化导致。 植物三萜类物质的生物合成途径基本框架及调控机制研究已经取得了一定的进展。然而，对于三萜类物质生物合成途径的演化以及多样性形成机制尚有诸多谜题。OSCs被认为是三萜生物合成演化的轨迹。人参属植物作为三萜的重要基元植物，三萜骨架结构多样，是研究三萜生物合成演化的合适模型。在人参属的物种中，越南人参中积累了高含量的原人参二醇型皂苷、奥克梯隆型皂苷、α-香树脂、β-香树脂等三萜类物质，是研究OSC对三萜演化贡献的合适模型。高质量的基因组将为探索三萜生物合成的演化机制提供全面的遗传信息。绞股蓝是唯一非人参属植物中含有人参皂苷的种属，其中达玛烷三萜多样性极其丰富，根据化学结构分析发现绞股蓝皂苷主要为原人参二醇型，其多样性主要由P450s对骨架的多个位点的羟基化导致，因此绞股蓝是研究P450s在三萜多样性形成中的影响的良好植物材料。 本研究通过联合二代、三代和Hi-C的测序和组装方法进行绞股蓝和越南人参高质量基因组组装。获得了高质量的染色体尺度绞股蓝基因组组装，大小为518.46 Mb，contig N50和scaffold N50分别为6.67 Mb及45.67 Mb。获得越南人参染色体水平的基因组大小为1.73 Gb，scaffold N50为144.08 Mb。BUSCO分析显示绞股蓝和越南人参基因组完整度为95.5%和95.3%，两个基因组组装的完整度都较高。另外用已发表的contig组装版本为基础对三七基因组进行了更新，更新后的三七基因组长度为2.40 Gb，scaffold N50为196.66 Mb，BUSCO分析显示基因组完整性达到97.5%。这三个高质量基因组的组装可为三萜生物合成的演化提供重要的遗传信息。 接着利用本研究组装的越南人参和三七高质量基因组与无油樟、卷毛马兜铃、以及伞形目中其它3个物种的基因组进行比较基因组学分析，以揭示被子植物中OSCs和三萜生物合成的演化。通过结构域鉴定，我们在9个物种中共得到83条氧化鲨烯环化酶序列，构建了系统发育树，推测出氧化鲨烯环化酶在被子植物中的可能的进化轨迹，氧化鲨烯环化酶基因在物种进化的过程中经历了几轮独立的新功能化和专一化事件，包括从CAS到LAS，从LAS到LUS和I/II组bAS及其他mTTSs的多样化，以及从I组bAS和其他mTTSs到人参属的DDS。 基因复制、分化是推动三萜生物合成的主要力量。为了从基因组层面上进行被子植物三萜生物合成的演化研究，我们对葡萄及5个伞形目的物种进行了全基因组复制（WGDs）分析。分析发现伞形目植物中人参属有两次WGDs、刺五加有三次WGDs。除了被子植物共享的γ-WGT外人参属还发生了一次额外的由五加科物种共享的Araliaceae-β。通过9个物种的OSC基因家族系统发育以及特异性的OSCs种内/种间共线性分析，我们推测出了OSC在双子叶植物中的演化轨迹。得出植物中OSCs的多样化是以连续的方式进行的。在大多数被子植物的祖先谱系中，CAS的古老串联复制可能导致了LAS的产生。OSCs基因家族在核心被子植物中的扩展和多样化主要归因于由γ-WGT产生的三个LAS拷贝的新功能化。这些独立的新功能化事件对双子叶植物植物中三萜类化合物的多样性做出了贡献。重要的是，我们的分析发现人参属特异性的达玛烯二醇合酶源于Araliaceae-β全基因组复制后的一个OSCs拷贝的新功能化，重塑了人参属物种的三萜生物合成途径。 利用绞股蓝染色体规模的组装进行P450s对绞股蓝皂苷多样性影响的研究。通过绞股蓝三萜皂苷生物合成途径解析，分析了绞股蓝基因组中所有的P450s，确定绞股蓝三萜及绞股蓝皂苷生物合成的候选基因元件库。117条P450s作为三萜生物合成的候选基因库。其中C-2位点羟基化的候选基因17个，C-12位点羟基化的候选基因10个。高质量的基因组组装将为后续绞股蓝皂苷生物合成及多样性形成研究奠定基础。大批的候选基因将为后续绞股蓝皂苷或达玛烷皂苷生物合成提供全面的遗传信息。 本研究为三萜生物合成的演化提供了新的见解。高质量的植物基因组组装不仅可以阐明次生代谢产物的生物合成途径及其调控机制，还能为分子育种和天然产物生物合成提供全面的遗传信息。同时，多物种的比较基因组学对三萜生物合成的演化及多样性形成进行基因组层面上的比较全面的研究，为三萜生物合成途径中关键酶家族的功能预测及低丰度的天然产物提供指导。 |
| 并列题名： | Evolution of triterpene biosynthesis based on Comparative genomic analysis of Gynostemma pentaphyllum and Panax vietnamensis genomes eng |
| 题名主题： | 绞股蓝 越南人参 全基因组复制 三萜生物合成演化 多样性 学位论文 |
| 中图分类： | S567-533 |
| 个人名称等同： | 杨玲 著 |
| 个人名称次要： | 董扬 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20230524 |