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柞蚕种质资源的分子系统学研究

作　者: 刘彦群
导　师: 鲁成；向仲怀
学　校: 西南农业大学
专　业: 特种经济动物饲养
关键词: 柞蚕 RAPD 序列分析品种系统分类遗传分化线粒体基因组种内系统发育
分类号: S885
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 230次
引　用: 3次
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内容摘要

柞蚕业是我国的一项传统产业，在现代国民经济中仍然具有资源配置、经济和生态的合理性，有着广阔的发展前景。柞蚕业起源于我国，数百年的发展与传播在各地孕育了丰富的品种资源，截止今日，许多地方仍生存着野生的柞蚕资源，形成了世界上最大的柞蚕种质资源库。柞蚕种质资源是柞蚕业乃至整个蚕丝业可持续发展的必不可少的物质基础。研究不同地理品种的遗传差异、分类以及系统进化，可为柞蚕种质资源鉴定、保存、利用以及品种培育和推广提供理论基础，意义十分重大。本论文利用随机扩增多态DNA(RAPD)标记技术、mtDNA序列分析，以及种群遗传学研究方法研究了柞蚕种质资源的遗传变异、系统分类、种内水平的微进化等，其中遗传变异研究包括品种内、品种间、地理群体间、放养柞蚕与野生柞蚕间的遗传差异检测，这项研究不论是在品种选育、种质资源的利用等实际问题上，还是在探讨柞蚕品种乃至种群的分化等理论问题上均有重要的意义。主要结果如下： 1 柞蚕品种的DNA多态性分析利用RAPD标记技术，以3个家蚕品种(大造、C108、7532)为对照，对4个有代表性的柞蚕品种(河41、四青、青黄1号、杏黄)的DNA多态性进行了分析。14个随机引物对28个个体的基因组DNA进行扩增，共得到143条DNA条带，其中多态性条带占96.5％。柞蚕品种内个体间的多态性为45.8％～49.4％；家蚕品种内个体间的多态性仅为9.09％～19.7％。柞蚕品种内个体间的遗传距离为0.133～0.238；家蚕品种内个体间的遗传距离为0.008～0.081。柞蚕不同品种的个体间的遗传距离为0.215～0.382；家蚕的为0.206～0.356。聚类分析时，柞蚕的各个个体均按品种聚在一起。利用种群遗传学软件PopGen和多态性比率分别对柞蚕品种间和品种内的遗传变异分布进行了分析。柞蚕的DNA多态性有近60％来源于品种内个体间，仅40％来源于品种间；家蚕的DNA多态性来源于品种间的占75％，仅有25％来源于品种内个体间。利用Nei基因多样性指数估算的柞蚕品种内的遗传分化系数为0.5251，即有52.51％的遗传变异来源于品种内，来源于品种间的遗传变异仅占总遗传变异的47.49％；而家蚕品种间的遗传分化系数为0.8188，即有81.88％的遗传变异来源于品种间，来源于品种内的遗传变异仅有18.12％。两种计算方法的结果均反映出柞蚕的遗传变异来源于品种内个体间的部分要大于来源于品种间的部分，表明与品种纯度较高的家蚕相比，目前的柞蚕品种仍是一个遗传多样性十分丰富的群体，纯度较低。对柞蚕品种的纯度较低的原因进行了讨论，认为与其起源驯化过程、生存的生态环境、品种的选育方法等是相一致的。讨论了家养动物的遗传变异在品种间和品种内的分布与人工驯化时间的关系。对品种选育的纯度与DNA多态性需求的平衡进行了讨论，并分析了对柞蚕品种选育的启示，提出了柞蚕品种选育的下一步的研究目标：寻找提高品种纯度与保持品种内的遗传多样性的平衡点。 2柞蚕品种资源的系统分类利用RAPD标记技术对68个柞蚕品种（系）间的遗传差异进行了分析，并依此构建了柞蚕品种的系统分类层次。利用33个随机5！物对68个柞蚕品种和2个外群对照（天蚕、家蚕）共扩增出364 条清晰DNA条带，其中360条（98．90％）呈多态性；68个柞蚕品种共扩增出296条带，多态性带占 90．gW。扩增带数最少的“33”有104条带，最多的“育绿”有171条带，大多数品种在13o～160 之间。68个品种（系）中只有9个品种产生了特有带，占12．68％．68个柞蚕品种（系）间的遗传距离为o．1二卜o．3H，主要集中在o．观o～o．300之间，占总品种数的丑o．97％；有1巴．帕叽的品种对的遗传距离小于0．2（M；遇传距离大于0．300的品种对，仅占0．95％。这说明，总体上柞蚕品种资源之间的遗传距岛较小，牲程度较高，亲缘关系较近。根据聚类晰结果将68个柞蚕品种（系）分成6个类群。柞蚕品种资源的的聚类结果表现出3 个特点：地域性聚类明显、类群间的聚类水平低、选择的作用明显（柞蚕品种具有较强的可塑性）。聚类图中，辽宁、内荚古、吉林。、朝鲜的品种在聚类时互相聚在一起。河南、贵州、山东的品种均各自聚为相对集中的一类．所以，结合地域性和聚类水平，可将68 ＋hs蚕品种（系）进一步划分为 3个大的类群，即山东类群、辽宁类群（包括辽宁、吉林、内蒙古和朝鲜的品种）和河南类群（包括河南和贵州的品种）。通过不同数据分析方法、建树方法、外群选择、位点数的比较，在位点数达到364时，采用单匹配相似系数计算遗传距离，并用NJ法重建了系统发生树，通过与柞蚕品种传括的记载及生物学特性相比较，最终确定了品种系统发生的较优树。在本试验及前人研究的基础上，总结了RAPD进行系统学分析时5个注意事项：不同的物种所适用的方法不一定相同；分析的位点数必须足够；外群以选择2个物种作为复合外群较好，选择亲缘关系较近的1个物种作为第1外群。另选亲缘关系较远一些的。l个物种作为第2外群；数据

全文目录

中文摘要  9-14
英文摘要  14-20
第1章文献综述  20-36
  1．1 柞蚕种质资源的研究现状  20-28
    1．1．1 柞蚕的地理分布  20-21
    1．1．2 柞蚕种质资源的收集、改良、保存和利用  21-23
    1．1．3 柞蚕的滞育和化性  23
    1．1．4 柞蚕的体色  23-24
    1．1．5 柞蚕品种资源的系统分类  24-25
    1．1．6 柞蚕杂种优势的利用研究  25
    1．1．7 柞蚕的起源与传播  25-28
  1．2 昆虫分子系统学研究进展  28-32
    1．2．1 分子生物学技术在昆虫系统学研究中的应用  28-31
    1．2．2 分子系统学的主要研究内容  31-32
  1．3 昆虫线粒体基因组及其在分子系统学研究中的应用  32-36
    1．3．1 昆虫线粒体基因组研究进展  32-33
    1．3．2 线粒体基因组DNA在昆虫分子系统学研究中的应用  33-36
第2章引言  36-41
  2．1 论文立题的原由  36-38
    2．1．1 柞蚕种质资源的遗传差异、系统分类和遗传分化研究的目的和意义  36-37
    2．1．2 柞蚕线粒体基因组的遗传变异及种内系统发育研究的目的和意义  37-38
  2．2 论文研究的内容和目标  38-39
  2．3 技术路线  39-41
    2．3．1 利用RAPD标记技术进行柞蚕种质资源的遗传变异研究  39-40
    2．3．2 利用mtDNA序列分析进行柞蚕和野柞蚕的遗传变异和种内系统发育研究  40-41
第3章柞蚕品种的DNA多态性分析  41-51
  3．1 材料与方法  41-42
    3．1．1 蚕品种  41
    3．1．2 基因组DNA的提取和纯化  41-42
    3．1．3 RAPD分析  42
    3．1．4 数据处理  42
  3．2 结果与分析  42-47
    3．2．1 RAPD扩增结果  42-44
    3．2．2 DNA多态性  44
    3．2．3 遗传距离及聚类分析  44-47
    3．2．4 品种遗传变异来源分析  47
  3．3 讨论  47-51
    3．3．1 实验材料的代表性和结果的可靠性  47-48
    3．3．2 柞蚕品种内个体间的DNA多态性  48-49
    3．3．3 柞蚕杂种优势较低的分子水平上的证据  49
    3．3．4 遗传变异在品种间和品种内的分布与人工驯化时间的关系  49-50
    3．3．5 品种选育的纯度与DNA多态性需求的平衡及其对柞蚕品种选育的启示  50-51
第4章柞蚕品种资源的系统分类  51-69
  4．1 材料与方法  51-54
    4．1．1 实验材料  51-53
    4．1．2 基因组DNA模板的准备  53
    4．1．3 PCR体系及扩增程序  53
    4．1．4 数据分析  53-54
  4．2 结果与分析  54-65
    4．2．1 RAPD扩增结果  54-56
    4．2．2 品种（系）间的遗传距离  56-57
    4．2．3 聚类分析  57-65
      4．2．3．1 数据分析方法  57-60
      4．2．3．2 建树方法  60-61
      4．2．3．3 外群的选择  61-64
      4．2．3．4 较优树的确定  64-65
      4．2．3．5 聚类结果  65
  4．3 讨论  65-69
    4．3．1 数据分析方法及系统聚类树的选择  65-66
    4．3．2 柞蚕品种间的遗传差异与相似性  66-67
    4．3．3 柞蚕品种资源的聚类特点  67
    4．3．4 柞蚕品种资源的系统分类  67-69
第5章柞蚕不同群体间的遗传分化  69-85
  5．1 材料与方法  69-70
    5．1．1 数据来源  69
    5．1．2 分析方法  69-70
  5．2 结果与分析  70-81
    5．2．1 体色群体间的遗传多样性与遗传分化  70-73
    5．2．2 化性群体间的遗传多样性与遗传分化  73-76
    5．2．3 地理群体间的遗传多样性与遗传分化  76-80
    5．2．4 体色、化性、地理群体的遗传分化比较  80-81
  5．3 讨论  81-85
    5．3．1 应用Shannon指数和Nei指数检测柞蚕群体的遗传多样性  81-82
    5．3．2 柞蚕群体的遗传多样性与遗传分化  82-83
    5．3．3 柞蚕地理群体遗传分化的影响因素  83
    5．3．4 柞蚕化性的遗传分化及培育1化性品种在系统分类中的地位  83-85
第6章柞蚕与野柞蚕的mtDNA全序列比较  85-115
  6．1 材料与方法  85-88
    6．1．1 材料  85
    6．1．2 柞蚕线粒体基因组DNA的提取与纯化  85-86
    6．1．3 柞蚕线粒体全序列测定的策略  86
    6．1．4 引物的设计与合成  86
    6．1．5 PCR扩增  86
    6．1．6 扩增片段的回收  86-87
    6．1．7 DNA序列测定  87-88
    6．1．8 柞蚕线粒体基因组DNA序列分析  88
    6．1．9 进化分析  88
  6．2 结果与分析  88-112
    6．2．1 线粒体全基因组的PCR扩增  88-89
    6．2．2 基因结构与基因排列  89-101
    6．2．3 核苷酸组成  101-103
    6．2．4 AT富集区的串联重复序列  103
    6．2．5 tRNA基因  103-107
    6．2．6 rRNA基因  107-108
    6．2．7 蛋白编码基因  108-110
    6．2．8 柞蚕在昆虫纲中的系统进化地位  110-112
  6．3 讨论  112-115
    6．3．1 柞蚕线粒体基因组的结构特征与组成特点  112-113
    6．3．2 柞蚕的系统进化地位  113
    6．3．3 柞蚕与野柞蚕线粒体基因组的差异及二者的分化  113-115
第7章柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因序列的多态性  115-122
  7．1 材料与方法  115-116
    7．1．1 材料  115
    7．1．2 PCR扩增  115
    7．1．3 序列的测定与分析  115-116
  7．2 结果与分析  116-120
    7．2．1 柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因的PCR扩增  116
    7．2．2 柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因序列的RFLP分析  116-117
    7．2．3 柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因序列的多样性  117-120
    7．2．4 基于mtDNA序列的遗传多样性及遗传分化  120
  7．3 讨论  120-122
    7．3．1 柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因的序列分析  120-121
    7．3．2 基于线粒体DNA的系统发育分析与基于核基因组的系统发育分析比较  121-122
第8章结论  122-124
  8．1 柞蚕品种的遗传基础  122
  8．2 柞蚕品种资源的系统分类  122
  8．3 柞蚕群体间的遗传分化  122-123
  8．4 柞蚕和野柞蚕的mtDNA全序列比较  123
  8．5 柞蚕mtDNA AT富集区和tRNA~（Met）基因序列的多态性  123-124
参考文献  124-138
附录Ⅰ 28样品的RAPD标记原始表  138-140
附录Ⅱ 70个样品的RAPD标记原始表  140-150
附录Ⅲ 学习期间发表和待发表的论文  150-151
致谢  151

柞蚕种质资源的分子系统学研究

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