粟酒裂殖酵母种内天然变异的基因组学分析与遗传学应用
粟酒裂殖酵母作为单细胞模式生物，在生物学基础研究领域一直扮演着重要的角色。研究者们基于该物种开发了很多便于分子生物学和细胞生物学研究的良好的遗传操作工具，不过大部分遗传操作技术的开发都只集中于粟酒裂殖酵母实验室菌株，研究者们通常也只利用实验室菌株探索生命体的分子机理。随着二代测序技术的开发和普及，研究者们开始关注粟酒裂殖酵母的群体基因组学和遗传学的应用。他们获得野生粟酒裂殖酵母菌株研究该物种核基因组多态性。他们的研究发现粟酒裂殖酵母并没有清晰的种群结构。我们实验室一直对粟酒裂殖酵母的演化历史很感兴趣，我们决定利用粟酒裂殖酵母的线粒体基因组进一步探索该模式生物的进化历程。 本论文从菌种保藏中心获得了38株粟酒裂殖酵母菌株，利用Tn5打断基因组技术进行全基因组建库并进行二代测序。同时我们下载了之前研究上传的161株野生粟酒裂殖酵母的二代测序数据。我们一共获得了199株粟酒裂殖酵母菌株的二代测序数据，并且对199株粟酒裂殖酵母菌株的二代测序数据进行从头拼接，成功获得了69种线粒体基因组类型。我们基于串联的线粒体编码基因构建了系统发育树以及基于多态性位点构建种群结构图，发现粟酒裂殖酵母可以分为两个古老的谱系。参考菌株所在的谱系命名为参考组，另一个谱系则为非参考组。参考组线粒体基因组较为相似，多态性比较低。非参考组内部存在大量高度相似的线粒体基因组，剩下的线粒体类型其多态性明显高于参考组。我们认为非参考组内为数众多高度相似的线粒体类型可能和粟酒裂殖酵母的非随机采样有关。为了进一步探索线粒体基因组的种群结构，我们构建了9棵内含子系统发育树。其结果和线粒体基因树一致，两个谱系内部的菌株都很好的聚集在一起，谱系之间被清楚地划分开来。同时我们还构建了核基因组上的低重组率区域(K-region)的系统进化树。我们也可以看到具有明显多态性差异的两个谱系，其中一个谱系的K-region比较相似，另一个谱系差异性较大。因此我们的结论是粟酒裂殖酵母菌株可以分为两个谱系。我们估算得出粟酒裂殖酵母两个谱系分开的时间大约在四千万代之前。关于粟酒裂殖酵母种内线粒体基因组多态性的分析有助于该模式生物群体基因组学的研究。 除了粟酒裂殖酵母的进化历史，我们也非常关心该物种在遗传学上的应用。鉴定粟酒裂殖酵母中与感兴趣表型相关基因所在的区域可以促进我们对基因功能的理解。虽然粟酒裂殖酵母的遗传操作工具已经开发成熟，但是大部分的操作工具都应用于标准实验室菌株。基于标准遗传方法鉴定许多新突变是困难或不可能的。与高通量测序相结合的分离子分组混合分析法可以有效地对感兴趣性状相关的基因进行遗传定位。这里我们将分离子分组混合分析法应用于粟酒裂殖酵母，通过开发一株相对于实验室菌株的遗传定位菌株，并建立相应的生物信息分析流程来确定感兴趣表型相关基因在粟酒裂殖酵母基因组上的区域。粟酒裂殖酵母遗传定位菌株的建立和分离子分组混合分析法的运用，有助于开发出更好用的遗传操作工具并促进该物种在遗传学上的应用。
粟酒裂殖酵母;线粒体基因组;种群结构;遗传定位菌株;分离子分组混合分析法
中国医学科学院北京协和医学院
博士
生物化学与分子生物学
杜立林
2019
中文
TS261.11
2020-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）