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蒺藜苜蓿全基因组NBS类型抗病基因及其进化分析

作　者: 赵阳
导　师: 程备久
学　校: 安徽农业大学
专　业: 生物物理学
关键词: 苜蓿高粱拟南芥 NBS 基因复制系统进化
分类号: S336
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

植物在生长发育过程中,常受到各种病原物的侵袭,在长期的进化过程中,植物形成了多种方式识别并抵御病原物的侵染。对植物抗病基因的研究已成为植物遗传学和植物病理学所关注的热点问题。核苷酸结合位点(NBS)类型抗病基因作为植物体中一类最大的基因家族,在抵御病原物方面起到了极其重要的作用。本研究运用生物信息学的方法对蒺藜苜蓿全基因组的NBS类型抗病基因进行分析,研究这些基因的结构特点和进化关系,并分别与高粱和拟南芥进行比较,研究的结果将为抗病基因的克隆及抗病育种提供重要的理论参考。本研究获得主要结果如下:1.采用BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)和HMM (Hidden Markov Model)分析方法,对蒺藜苜蓿全基因组基因进行搜索比对,共鉴定出446个标准结构的和23个非标准的抗病基因;446个标准抗病基因可以分为10个类别;其中有75个抗病基因含有TIR结构域,173个基因在N端存在由20-50个氨基酸组成的CC结构。2.对苜蓿446个标准结构的NBS抗病基因进行了基因复制研究,同时与水稻和拟南芥进行比较。结果发现在苜蓿446个抗病基因中,多基因、多基因与单基因比例、基因簇平均成员数及基因家族数等都明显高于拟南芥和水稻。该结果表明基因复制对苜蓿NBS抗病基因数量的扩张起到了重要的作用。3.苜蓿抗病基因染色体位置分析结果表明,抗病基因在染色体上的分布是不均等的,其中以3号染色体上分布最多,有125个基因,5号、6号染色体次之。不同类型的抗病基因在染色体上分布没有明显的规律;抗病基因在染色体上的分布具有明显的基因簇现象。4.通过对抗病基因系统进化树的分析,表明苜蓿抗病基因簇状大分枝较为明显。同一种类型的基因倾向于聚类于一个分枝中,但也有少数的进化树分枝包含了少量其它类型的抗病基因。5.对苜蓿、高粱和拟南芥三个物种的NBS抗病基因分别进行了基因结构、系统进化和染色体位置的比较分析,发现了较为明显的差异。TIR类型基因存在于双子叶植物中,在高粱中未发现这类基因。另外,苜蓿与拟南芥系统进化树较为相似,而和高粱有差异,高梁在同一分枝中经常包含其它类型的抗病基因;苜蓿与拟南芥抗病基因在染色体上的分布特点较为相似,而高粱抗病基因基本上分布在染色体尾部。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 文献综述  8-27
  1.1 植物抗病基因的研究进展  8
  1.2 植物抗病基因的结构、分类、功能及其进化  8-14
    1.2.1 植物抗病基因的基本结构及分类  8-10
    1.2.2 抗病基因蛋白结构域的功能  10-11
    1.2.3 植物抗病基因的进化  11-14
  1.3 植物抗病基因的作用机理  14-16
    1.3.1 抗病R 蛋白与无毒Avr 的相互作用  14
    1.3.2 R 基因的信号传导  14-16
  1.4 植物抗病基因的克隆  16-18
    1.4.1 定位克隆法  16-17
    1.4.2 转座子标签法  17
    1.4.3 同源序列法  17-18
  1.5 生物信息学数据库服务系统及软件应用  18-25
    1.5.1 数据库服务系统  18-23
    1.5.2 生物信息学常用序列分析软件  23-25
  1.6 生物信息学的研究任务及发展  25-27
2 引言  27-28
3 材料和方法  28-30
  3.1 基因组数据库序列来源  28
  3.2 方法  28-30
    3.2.1 全基因组NBS 类型抗病基因的鉴定  28
    3.2.2 NBS 类型基因的复制  28
    3.2.3 NBS 类型基因染色体物理位置定位  28-29
    3.2.4 NBS 类型抗病基因系统进化树的构建  29-30
4 结果和分析  30-47
  4.1 NBS 类型候选基因的确定  30
  4.2 NBS 类型基因的分类  30
  4.3 NBS 类型基因的复制  30-31
  4.4 NBS 类型基因染色体物理位置定位  31-33
  4.5 NBS 类型基因的系统发生分析  33-36
  4.6 苜蓿NBS 类型抗病基因与其它植物的比较及进化分析  36-47
    4.6.1 苜蓿与高粱NBS 抗病基因的比较  36-41
    4.6.2 苜蓿与拟南芥NBS 抗病基因的比较  41-47
5 讨论  47-49
6 结论  49-50
参考文献  50-57
致谢  57-58
附录  58-59
作者简介  59

蒺藜苜蓿全基因组NBS类型抗病基因及其进化分析

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