高山蓍异源四倍体复合体后物种形成期的演化

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570215
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0205.植物与环境互作
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Hybridization and polyploidy can lead to instant speciation by inducing genomic and transcriptomic shocks. Speciation and evolution of a polyploid species usually include three phases: formation, establishment and post-speciation evolution. Hybridization and polyploidy are ubiquitous in plants, but most of them have not left “leaves” in the Plant Tree of Life. This is because they could not have passed through the long-term post-speciation processes of evolution, including adaptation. Changes of genomes, transcriptomes, chromosomes, and physiology at the time of origins of polyploids have received considerable attentions. Theories about population genetics on the earliest stages of polyploid evolution are also supported by many empirical data. Nevertheless, we still know little about long-term post-speciation evolution of lots of the relatively old polyploid species. The knowledge about genetic and morphological differentiation during this process, and mechanisms underlining these changes is important for studying the development and lasting of biodiversity. Previous studies have shown that the Achillea alpina species complex (Asteraceae) is of allotetraploid origin(s). Their diploid progenitors correspond to two extant diploid species, Achillea acuminata and A. asiatica. The parental species are phylogenetically distant and genetically distinct, and their tetraploid progeny species thus have disomic inheritance and have kept their parental genomes relatively intact. Such genomic feature will facilitate a research strategy, i.e., to diploidize the complex polyploid problem, and consequently help us more accurately recover the polyploid evolutionary history. The present study will investigate the Achillea alpina complex using approaches of population genetics, evo-devo and ecological. We aim to answer questions about (i) population demographic history of the polyploidy species, (ii) evolutionary mechanisms of genetic and morphological differentiation between populations, and (iii) the genic and environmental roles on the morphological variation.
杂交和多倍化可以迅速创造出新特征,导致物种形成。多倍体物种的形成和演化通常包括形成期、建立期和之后的长期演化。自然界中杂交和多倍化事件很普遍,但多数并未在生命之树上留下枝叶,现存的多倍体物种大多是在前两阶段的基础上经历长期演化、适应的结果。对于多倍体物种形成之初从基因到表型的变化,前人已作了大量工作,然而对很多相对古老的多倍体物种,人们对其长期演化仍知之甚少。探知该过程中所发生的遗传和形态变化及其原因机制,对研究生物多样性的发展和维持具有重要意义。高山蓍复合体是一个分布广、生境多样、形态变异大的异源四倍体类群,其双亲基因组差异较大,形成了严格二体遗传模式,这为更准确地研究多倍体的起源、分化提供了理想材料。本项目拟综合群体遗传、进化-发育和生态学的方法,利用高通量测序、基因表达模式和形态变异分析,探究高山蓍四倍体复合体的(1)居群动态历史;(2)居群的分化机制和(3)表型分化的基因作用机制。

结项摘要

本项目基本按原计划完成了对高山蓍异源四倍体复合体谱系的形成过程、群体动态和分化式样的探讨;分析了多倍体物种与亲本在叶片表型上的分化及其遗传发育基础。由于异源多倍体具有复杂的遗传背景,按常规二倍体物种的研究方法难于获取其完整可靠的群体遗传数据。在本项目研究过程中,我们首先利用RNA-seq数据,设计了异源四倍体的亲本特异引物,然后利用二代测序(扩增子测序)手段,得到了四倍体物种两套完整的亲本特异DNA序列数据,解决了复杂遗传数据获取的问题。在此基础上的分析发现,异源四倍体高山蓍(A. alpina)和云南蓍(A. wilsoniana)各自为独立起源,一个在中国东北地区附近,另一个在秦岭区域。通过ABC溯祖模型的模拟分析,发现两次异源多倍化事件均发生于距今约5万年前末次盛冰期(LGM)前的末次间冰阶。利用四个蓍属物种的分布信息,结合生物气候因子,我们模拟了四个物种在LGM时期的地理分布,发现当时的气候变化可能对于新形成的异源四倍体物种向低纬度地区的扩张有着重要影响。相同亲本物种间发生多次独立的杂交,其结果产生不同的物种,这样的异源多倍体形成模式有别于更为普遍的recurrent polyploidy,在植物中鲜有报道,今后可以借助这样的体系,研究多倍体物种表型和生态分化的机制。.关于四倍体物种的叶片形态演化及其遗传基础,本项目利用演化-发育生物学手段,统计分析了各研究物种内和物种间的叶形变异和分化,进而对多个叶齿/裂相关调控基因的表达模式进行了检测,结果发现,四倍体物种中双亲拷贝的表达模式保持了在亲本中的式样;从双亲拷贝的总表达量来看,独立起源的两个四倍体物种在各调控基因上均表现出介于双亲之间的表达量;从对双亲拷贝的表达偏好来看,各基因之间不尽相同。总之,异源四倍体物种叶裂介于双亲之间的表型可能与多个叶裂基因缺乏超亲表达的总表达量有一定关联。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Unraveling independent origins of two tetraploid Achillea species by amplicon sequencing
通过扩增子测序揭示两个四倍体 Achillea 物种的独立起源
  • DOI:
    10.1111/jse.12544
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Journal of Systematics and Evolution
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wan Jun Nan;Guo Yan Ping;Rao Guang Yuan
  • 通讯作者:
    Rao Guang Yuan
Coexpression of parental homeologs of leaf dissection related genes are associated with intermediate leaf forms of two allotetraploid yarrows (Achillea, Asteraceae)
叶解剖相关基因的亲本同源物的共表达与两种异源四倍体欧蓍草(Achillea,菊科)的中间叶形式相关
  • DOI:
    10.1111/jse.12553
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Systematic and Evolution
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Duo Chen;Jin-Xiu Ke;Chu-Ze Shen;Yu-Fen Zhang;Yan-Ping Guo
  • 通讯作者:
    Yan-Ping Guo
To be serrate or pinnate: diverse leaf forms of yarrows (Achillea) are linked to differential expression patterns of NAM genes
锯齿状或羽状:欧蓍草 (Achillea) 的不同叶子形状与 NAM 基因的差异表达模式有关
  • DOI:
    10.1093/aob/mcx152
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Annals of Botany
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Sha Sha;Chen Duo;Liu Ming;Li Ke-Lai;Jiang Chen-Kun;Wang Dong-Hui;Guo Yan-Ping
  • 通讯作者:
    Guo Yan-Ping
植物叶缘形态的发育调控机理
  • DOI:
    10.17520/biods.2018127
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生物多样性
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柯锦秀;陈多;郭延平
  • 通讯作者:
    郭延平

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  • 通讯作者:
    胡美君
光质对草莓叶片光抑制的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    安徽农业科学·34(22) ·5817—5819, 2006
  • 影响因子:
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  • 作者:
    潘刚;徐凯;郭延平;雷鸣
  • 通讯作者:
    雷鸣

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多倍体物种的适应机制:基于蓍属异源四倍体及其亲本物种的比较研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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