基于Survey分析的濒危植物四合木基因组研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.02.004

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (2): 186-193.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.02.004

基于Survey分析的濒危植物四合木基因组研究

王子寅¹^,²^,³, 刘秉儒¹^,²^,³(), 李子豪¹^,²^,³, 王继飞⁴, 杨鹏斌¹

^1.北方民族大学生物科学与工程学院，银川 750021
^2.国家民委黄河流域农牧交错区生态保护重点实验室，银川 750021
^3.宁夏特殊生境微生物资源开发与利用重点实验室，银川 750021
^4.宁夏贺兰山国家级自然保护区管理局，银川 750021

收稿日期:2022-06-23 出版日期:2023-03-20 发布日期:2023-03-07
通讯作者: 刘秉儒 E-mail:bingru.liu@163.com
作者简介:王子寅（1998—），男，硕士研究生，主要从事植物生态学研究。
基金资助:
宁夏回族自治区科技创新领军人才项目(2021GKLRLX12);北方民族大学高层次人才引进科研启动项目(2019KYQ001)

Genomic Survey Analysis of Endangered Plant Tetraena mongolica

Ziyin WANG¹^,²^,³, Bingru LIU¹^,²^,³(), Zihao LI¹^,²^,³, Jifei WANG⁴, Pengbin YANG¹

^1.College of Biological Science and Engineering，North Minzu University，Yinchuan 750021
^2.Key Laboratory of Ecological Protection of Agro-pastoral Ecotones in the Yellow River Basin，National Ethnic Affairs Commission of the People’s Republic of China，Yinchuan 750021
^3.Key Laboratory for the Development and Application of Microbial Resources in Extreme Environments in Ningxia Province，Yinchuan 750021
^4.Ningxia Helan Mountain National Nature Reserve Administration，Yinchuan 750021

Received:2022-06-23 Online:2023-03-20 Published:2023-03-07
Contact: Bingru LIU E-mail:bingru.liu@163.com
About author:WANG Ziyin（1998—），male，master’s degree student，research interests：plant ecology.
Supported by:
Ningxia Hui Autonomous Region Science and Technology Innovation Leaders Project(2021GKLRLX12);Scientific Research Initiation Project for the Introduction of High-level Talents of North Minzu University(2019KYQ001)

摘要/Abstract

摘要：

评价濒危植物四合木（Tetraenamongolica）基因组的大小及复杂程度，开展基因组研究可揭示四合木的超旱生机制，进一步挖掘其特色基因资源。为更好破解四合木的全基因组信息，采用第二代高通量测序技术的基因组Survey分析技术开展四合木基因组大小估测研究，并利用生物信息学方法估计了四合木杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明：四合木基因组大小为1 079.25 Mb，修正后的基因组大小为1 065.84 Mb，杂合率为0.76%，重复序列比例为75.25%，GC含量为33.57%。在经过四合木基因组初步组装后，获得3 502 126条contigs，总计682 Mb，其N50为187 bp，推测四合木基因组属于同源四倍体复杂基因组，全基因组测序组装难度较大。由于四合木的高杂合率，后续可采用第三代高通量测序技术（单分子测序）同时结合染色质区域捕获技术，有望最终获得高质量的四合木全基因图谱。

关键词: 四合木, 基因组测序, Survey分析, 杂合率, 重复序列

Abstract:

To assess the size and complexity of the genome of the endangered plant Tetraenamongolica， and reveal the hyper-arid mechanism of T.mongolica and further explore its characteristic genetic resources， and to better decipher the whole genome information of T.mongolica， the second-generation high-throughput sequencing technology of genome survey analysis was used as the method， and bioinformatics method was used to estimate the genome information such as heterozygosity， repeat sequence and GC content of T.mongolica respectively. The results showed that the genome size of T. mongolica was 1 079.25 Mb， the corrected genome size was 1 065.84 Mb， and the heterozygosity rate was 0.76%， the percentage of repetitive sequences was 75.25%， and the GC content was 33.57% respectively. After the initial assembly of T. mongolica genome 3 502 126 contigs were obtained， totaling 682 Mb， with an N50 of 187 bp. It was hypothesized that T. mongolica genome belonged to a homo-tetraploid complex genome， which was difficult to assemble by whole-genome sequencing. Due to the high heterozygosity of T. mongolica， the third-generation high-throughput sequencing technology（single-molecule sequencing） combined with chromatin region capture technology could be used subsequently， which was expected to finally obtain a high-quality whole-genome map of T. mongolica.

Key words: Tetraena mongolica, genome sequencing, survey analysis, heterozygosity rate, repeat sequence ratio

中图分类号:

S793.9

王子寅, 刘秉儒, 李子豪, 王继飞, 杨鹏斌. 基于Survey分析的濒危植物四合木基因组研究[J]. 植物研究, 2023, 43(2): 186-193.

Ziyin WANG, Bingru LIU, Zihao LI, Jifei WANG, Pengbin YANG. Genomic Survey Analysis of Endangered Plant Tetraena mongolica[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(2): 186-193.

图/表 11

图1

表1

图2

图3

表2

图4

表3

表4

图5

图6

图7

参考文献 40

1	杨跃文，邢钰坤，曹恭祥，等.三种生境条件下四合木种群开花结实特性［J］.北方园艺，2021（20）：84-89.
	YANG Y W， XING Y K， CAO G X，et al.Flowering and fruiting characteristics of Tetraena mongolica under three habitats［J］.Northern Horticulture，2021（20）：84-89.
2	甄江红，刘果厚.不同生境条件下四合木（Tetraena mongolica Maxim.）种群结构特征［J］.生态学报，2008，28（4）：1829-1841.
	ZHEN J H， LIU G H.Population structure characteristics of Tetraena mongolica in different habitats［J］.Acta Ecologica Sinica，2008，28（4）：1829-1841.
3	DANG Z H， HUANG L， JIA Y Y，et al.Identification of genic SSRs provide a perspective for studying environmental adaptation in the endemic shrub Tetraena mongolica ［J］.Genes，2020，11（3）：322.
4	LI X J， YANG H T， SHI W L，et al.Afforestation with xerophytic shrubs accelerates soil net nitrogen nitrification and mineralization in the Tengger Desert，Northern China［J］.Catena，2018，169：11-20.
5	段义忠，王海涛，张格格，等.基于ISSR分子标记的孑遗濒危植物四合木遗传结构分析［J］.植物研究，2021，41（3）：466-473.
	DUAN Y Z， WANG H T， ZHANG G G，et al.Genetic diversity of plant Tetraena mongolica by ISSR markers［J］.Bulletin of Botanical Research，2021，41（3）：466-473.
6	杜忠毓，贺一鸣，房朋朋，等.孑遗濒危植物四合木群落组成、物种多样性及土壤养分含量［J］.生态学杂志，2020，39（11）：3537-3548.
	DU Z Y， HE Y M， FANG P P，et al.Community composition，plant species diversity and soil nutrient content of endangered plant Tetraena mongolica Maxim［J］.Chinese Journal of Ecology，2020，39（11）：3537-3548.
7	扈顺，刘果厚.四合木茎插穗生根的解剖学研究［J］.西北植物学报，2014，34（2）：291-297.
	HU S， LIU G H.Anatomical characteristics of Tetraena mongolica Maxim.stem cuttings rooting［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2014，34（2）：291-297.
8	段义忠，杜忠毓，王海涛.西北干旱区孑遗濒危植物四合木（Tetraena mongolica）叶绿体基因组特征研究及比较分析［J］.植物研究，2019，39（5）：653-663.
	DUAN Y Z， DU Z Y， WANG H T.Chloroplast genome characteristics of endangered relict plant Tetraena mongolica in the arid region of northwest China［J］.Bulletin of Botanical Research，2019，39（5）：653-663.
9	MA X， CHANG J Y， LI Z H，et al.The complete chloroplast genome of Tetraena mongolica （Zygophyllaceae），an endangered shrub endemic to China［J］.Mitochondrial DNA Part B，2019，4（1）：1030-1031.
10	韩春荣.四合木病虫害调查与防治方法［J］.内蒙古林业，2016（8）：16-17.
	HAN C R.Survey and control methods of pests and diseases of Tetraena mongolica Maxim［J］.Inner Mongolia Forestry，2016（8）：16-17.
11	SHAO Z Y， ZHANG Y H， LI J N，et al.Tetraenol，a novel sesquiterpenoid from the relict plant Tetraena mongolica in China［J］.Zeitschrift für Naturforschung C，2004，59（3/4）：181-183.
12	华宇鹏，智颖飙，刘珮，等.四合木（Tetraena mongolica）茎化学成分的GC-MS分析［J］.植物资源与环境学报，2016，25（1）：111-113.
	HUA Y P， ZHI Y B， LIU P，et al.GC-MS analysis on chemical constituents in stem of Tetraena mongolica ［J］.Journal of Plant Resources and Environment，2016，25（1）：111-113.
13	WU Z G， WEI W， XU H Y，et al.Constituents from the leaves of Tetraena mongolica and their protective activity in HEK 293t cells damaged by CdCl₂ ［J］.Journal of Natural Products，2019，82（10）：2707-2712.
14	RUAN M Y， ZHANG Y X， CHAI T Y.Rhizosphere soil microbial properties on Tetraena mongolica in the arid and semi-arid regions，China［J］.International Journal of Environmental Research and Public Health，2020，17（14）：5142.
15	杨俊博.四合木根际AM真菌多样性及影响因子的研究［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2017.
	YANG J B.Study on diversity and influencing factors of arbuscular mycorrhizal fungi in rhizosphere of Tetraena mongolica ［D］.Hohhot：Inner Mongolia University，2017.
16	赵世超.四种荒漠珍稀植物根际土壤功能菌株的分离筛选及其促生作用研究［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2019.
	ZHAO S C.Isolation，screening and promoting effect of rhizosphere soil functional strains of four endangered plants in desert［D］.Hohhot：Inner Mongolia University，2019.
17	WU Z G， WEI W， CHENG K，et al.Insecticidal activity of triterpenoids and volatile oil from the stems of Tetraena mongolica ［J］.Pesticide Biochemistry and Physiology，2020，166：104551.
18	USMAN K， ABU-DIEYEH M H， ZOUARI N，et al.Lead （Pb） bioaccumulation and antioxidative responses in Tetraena qataranse ［J］.Scientific Reports，2020，10：17070.
19	陈芸，高原青，王继莲，等.不同保存方法对石榴成熟叶片基因组DNA提取效果的影响［J］.北方园艺，2016（8）：100-103.
	CHEN Y， GAO Y Q， WANG J L，et al.Effect of different preservation methods on genomic DNA extraction of pomegranate［J］.Northern Horticulture，2016（8）：100-103.
20	马雪松，王文波，王延平，等.杨树人工林连作与轮作对土壤解磷微生物类群的影响［J］.应用生态学报，2016，27（6）：1877-1885.
	MA X S， WANG W B， WANG Y P，et al.Characteristics of phosphate-solubilizing microbial community in the soil of poplar plantations under successive-planting and rotation［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2016，27（6）：1877-1885.
21	张璟璇，涂梦薇，薛燊，等.南药胆木的基因组调查及SSR分子标记分析［J］.分子植物育种，2019，17（23）：7829-7833.
	ZHANG J X， TU M W， XUE S，et al.Genome survey and analysis of SSR molecular markers on traditional Chinese medicine Nauclea officinalis ［J］.Molecular Plant Breeding，2019，17（23）：7829-7833.
22	赵乐，朱畇昊，王敏，等.基于流式细胞术和基因组survey分析的地黄基因组研究［J］.中草药，2021，52（3）：821-826.
	ZHAO L， ZHU Y H， WANG M，et al.Estimation of Rehmannia glutinosa genome size based on flow cytometry and genome survey analysis［J］.Chinese Traditional and Herbal Drugs，2021，52（3）：821-826.
23	戚行江，任海英，梁森苗，等.杨梅全基因组测序结果初报［J］.浙江农业科学，2015，56（10）：1564-1566.
	QI H J， REN H Y， LIANG S M，et al.Preliminary report of whole genome sequencing results of Myrica rubra Siebold et Zuccarini［J］.Journal of Zhejiang Agricultural Sciences，2015，56（10）：1564-1566.
24	高胜寒，禹海英，吴双阳，等.复杂基因组测序技术研究进展［J］.遗传，2018，40（11）：944-963.
	GAO S H， YU H Y， WU S Y，et al.Advances of sequencing and assembling technologies for complex genomes［J］.Hereditas，2018，40（11）：944-963.
25	吴丽萍，唐岩，李颖岳，等.枣和酸枣基因组大小测定［J］.北京林业大学学报，2013，35（3）：77-83.
	WU L P， TANG Y， LI Y Y，et al.Estimation of genome size of Ziziphus jujuba and Z.acdiojujuba ［J］.Journal of Beijing Forestry University，2013，35（3）：77-83.
26	MONAGHAN P， METCALFE N B.Genome size and longevity［J］.Trends in Genetics：TIG，2000，16（8）：331-332.
27	VINOGRADOV A E.Selfish DNA is maladaptive：evidence from the plant Red List［J］.Trends in Genetics，2003，19（11）：609-614.
28	王硕，葛秀秀，孔维一，等.一串红全基因组调研及SSR特征分析［J］.北京农学院学报，2018，33（2）：15-22.
	WANG S， GE X X， KONG W Y，et al.Genome survey and characteristic analysis of SSR in Salvia splendens ［J］.Journal of Beijing University of Agriculture，2018，33（2）：15-22.
29	严佳文，解璞，袁启凤，等.紫果西番莲基因组调查及SSR特征分析［J］.分子植物育种，2020，18（24）：8171-8177.
	YAN J W， XIE P， YUAN Q F，et al.Genome survey and characteristic analysis of SSR in Passiflora edulis Sims［J］.Molecular Plant Breeding，2020，18（24）：8171-8177.
30	伍艳芳，肖复明，徐海宁，等.樟树全基因组调查［J］.植物遗传资源学报，2014，15（1）：149-152.
	WU Y F， XIAO F M， XU H N，et al.Genome survey in Cinnamomum camphora L. Presl［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2014，15（1）：149-152.
31	黄雄，郭英华，田林，等.基于流式细胞术的桫椤基因组大小测定［J］.湖南农业大学学报（自然科学版），2020，46（2）：171-175.
	HUANG X， GUO Y H， TIAN L，et al.The genome size determination of Alsophila spinulosa based on flow cytometry［J］.Journal of Hunan Agricultural University （Natural Sciences），2020，46（2）：171-175.
32	林丹，李冰冰，赵振利，等.基于流式细胞仪对不同品种泡桐倍性及白花泡桐基因组大小的测定［J］.河南农业大学学报，2019，53（3）：337-342，399.
	LIN D， LI B B， ZHAO Z L，et al.Determination of ploidy of different Paulownia species and genome size of Paulownia fortunei based on flow cytometry［J］.Journal of Henan Agricultural University，2019，53（3）：337-342，399.
33	朱敏，王云鹏，熊文波，等.流式细胞仪测定三种鸢尾科植物基因组的大小［J］.中药材，2018，41（10）：2306-2310.
	ZHU M， WANG Y P， XIONG W B，et al.Genome size estimation for three Iridaceae plants by using flow cytometry［J］.Journal of Chinese Medicinal Materials，2018，41（10）：2306-2310.
34	陈建军，王瑛.植物基因组大小进化的研究进展［J］.遗传，2009，31（5）：464-470.
	CHEN J J， WANG Y.Recent progress in plant genome size evolution［J］.Hereditas，2009，31（5）：464-470.
35	王雪，周佳熠，孙会改，等.新疆沙冬青基因组调查测序与基因组大小预测［J］.植物遗传资源学报，2018，19（1）：143-149.
	WANG X， ZHOU J Y， SUN H G，et al.Genomic survey sequencing and estimation of genome size of Ammopiptanthus mongolicus ［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2018，19（1）：143-149.
36	王霞，陈慧泽，李永峰，等.盐节木基因组大小的测定［J］.生物学杂志，2018，35（4）：100-102.
	WANG X， CHEN H Z， LI Y F，et al.Determination of genome size of Halocnemum strobilaceum ［J］.Journal of Biology，2018，35（4）：100-102.
37	马鹏举，周佳熠，孙会改，等.基于流式细胞术和K-mer分析的好好芭基因组大小估测［J］.北京师范大学学报（自然科学版），2018，54（6）：733-737.
	MA P J， ZHOU J Y， SUN H G，et al.Estimation of jojoba genome's size by flow cytometry and K-mer analysis［J］.Journal of Beijing Normal University （Natural Science），2018，54（6）：733-737.
38	CHENG J， KAO H X， DONG S B.Population genetic structure and gene flow of rare and endangered Tetraena mongolica Maxim. revealed by reduced representation sequencing［J］.BMC Plant Biology，2020，20（1）：391.
39	唐蝶，周倩.植物基因组组装技术研究进展［J］.生物技术通报，2021，37（6）：1-12.
	TANG D， ZHOU Q.Research advances in plant genome assembly［J］.Biotechnology Bulletin，2021，37（6）：1-12.
40	BURTON J N， ADEY A， PATWARDHAN R P，et al.Chromosome-scale scaffolding of de novo genome assemblies based on chromatin interactions［J］.Nature Biotechnology，2013，31（12）：1119-1125.

污染物种 Polluted species	比对率 Comparison rate/%
乔木维蜡木Bulnesiaarborea	0.19
葡萄Vitis vinifera	0.07
仙人掌Opuntiadillenii	0.06
毛果杨Populustrichocarpa	0.05
百脉根Lotus corniculatus	0.05
鹰嘴豆Cicer arietinum	0.05

类别 Category	数据 Data
K-mer	17
深度Depth	23
K-mer数量n-K-mer	24 822 753 927
基因组大小Genome size/Mb	1 079.25
修正后基因组大小The revised genome size /Mb	1 065.84
杂合率Heterozygosity rate /%	0.76
重复序列比率Repeat sequence ratio /%	75.25

类型 Title	Contig		Scaffold
类型 Title	长度 Length /bp	数量 Number	长度 Length /bp	数量 Number
N50	187	884 417	187	884 417
N60	158	1 283 219	158	1 283 219
N70	138	1 747 001	138	1 747 001
N80	123	2 272 041	123	2 272 041
N90	111	2 854 756	111	2 854 756
总长度 Total length /bp	681 515 557		681 515 557
总数量 Total number	3 502 126		3 502 126
最大长度 Max length /bp	22 300		22 300
平均长度 Average length /bp	194		194

[1]	芦永昌, 张鑫, 张璐燕, 王久利. 辽东丁香完整叶绿体基因组的结构与特征[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 120-130.
[2]	张雨, 苏旭, 刘玉萍, 刘涛, 郑长远, 苏丹丹, 王亚男, 吕婷. 喜马红景天叶绿体基因组特征及其系统发育分析[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 602-612.
[3]	苏丹丹, 刘玉萍, 刘涛, 郑长远, 张雨, 王亚男, 秦娜, 苏旭. 苦马豆叶绿体基因组结构及其特征分析[J]. 植物研究, 2022, 42(3): 446-454.
[4]	段义忠, 王海涛, 张格格, 严伟娜. 基于ISSR分子标记的孑遗濒危植物四合木遗传结构分析[J]. 植物研究, 2021, 41(3): 466-473.
[5]	宁馨, 姜小龙, 邓敏, 徐刚标. 基于简化基因组数据开发岭南青冈微卫星引物[J]. 植物研究, 2020, 40(4): 629-634.
[6]	张珊珊, 康洪梅, 杨文忠. 基于简化基因组技术的云南蓝果树群体遗传分析[J]. 植物研究, 2019, 39(6): 899-907.
[7]	段义忠, 杜忠毓, 王海涛. 西北干旱区孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)叶绿体基因组特征研究及比较分析[J]. 植物研究, 2019, 39(5): 653-663.
[8]	王久利, 陈世龙, 邢睿, 宋相杰, 朱明星, 张发起. 椭圆叶花锚简化基因组的SSR信息分析及SSR引物开发[J]. 植物研究, 2018, 38(2): 292-297.
[9]	王久利, 朱明星, 徐明行, 陈世龙, 张发起. 基于RAD-seq技术的异型花SSR信息分析[J]. 植物研究, 2017, 37(3): 447-452.
[10]	孙宏冉;齐凤慧;詹亚光*;叶鹏. 水曲柳EST-SSRs位点信息分析[J]. 植物研究, 2014, 34(3): 393-402.
[11]	秦玥;傅大立;*;吴硕;刘梦培;朱高浦;赵罕;马履一. 华仁杏EST-SSR标记引物设计与开发[J]. 植物研究, 2013, 33(4): 517-520.
[12]	杨帆;曾丽*;叶康;赵子刚;张嫔;龚霄雯;尹勤;孙强. 17份蔷薇属植物的亲缘关系的形态学和ISSR分析[J]. 植物研究, 2011, 31(2): 193-198.

基于Survey分析的濒危植物四合木基因组研究

Genomic Survey Analysis of Endangered Plant Tetraena mongolica

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 40

相关文章 12

编辑推荐

Metrics

本文评价