桫椤目的叶绿体系统发育基因组学研究:解析影响系统树重建的因素

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670200
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0201.植物分类学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

This project aims for reconstructing a comprehensive and well-supported phylogeny of Cyatheales based on the complete chloroplast (cp) genomic sequences of representative species of Cyatheales and its related groups. We focus on tackling the problems induced by confounding factors, including evolutionary rate heterogeneity, “ancient rapid radiations”, and long outgroup branches. The main research contents are as follows: (1) We will sequence the complete cp genomes, reveal the general cp genome features, and annotate the cp genes of the representatives of Cyatheales and their outgroups including Schizaeales, Salviniales, and Polypodiales, by using next generation sequencing (NGS). (2) We will discriminate the cp genes that show/do not show lineage-specific rate heterogeneity within a maximum likelihood framework by using a model comparison approach. We will further dissect and consolidate the pattern of rate heterogeneity in a Bayesian framework by using relaxed clock models. (3) For cp genes not showing rate heterogeneity, their sequences will be used to construct single-gene data sets and concatenated to create combined datasets. The datasets will then be analyzed by using maximum parsimony, maximum likelihood, and Bayesian methods to explore the phylogenetic positions of Thyrsopteridaceae, Metaxyaceae, and Hymenophyllaceae (Hymenophyllopsis), to infer the inter-familial relationships, and to examine the relationships among main clades in Cyatheales. (4) For cp genes showing rate heterogeneity, we will attempt to evaluate the effects of rate heterogeneity on the tree topology and branch support and to identify the phylogenetic artifacts that are induced by “ancient rapid radiations” and long outgroup branches. First, both “reduced consensus” and “reduced data” approaches will be employed within the maximum likelihood framework to perform the analyses. Second, two relaxed clock models will be applied within Bayesian framework: one with uncorrelated lognormally distributed branch rates and another with randomly assigned local clocks. Research results of this project may provide valuable evidences for the revision of the classification of Cyatheales.
基于桫椤目及其相关类群的叶绿体基因组全序列,在排除速率异质性、“古老快速辐射”及外类群组成的干扰后,重建桫椤目可靠的系统发育关系。内容包括:一,采用NGS测定桫椤目及其外类群代表植物的cpDNA全序列,分析其一般特征。二,用极大似然法,通过模型比较,区分进化速率存在和不存在异质性的叶绿体基因;还将利用贝叶斯法的放松分子钟模型,解析速率异质性的式样。三,对不存在速率异质性的基因,采用最简约法、极大似然法和贝叶斯法构建系统树;研究伞序蕨科、蚌沙蕨科以及拟膜蕨科(属)的系统位置,分辨桫椤目主要分支之间的关系,查明关键科之间的系统发育关系。四,对速率异质的基因,在极大似然法框架内,借助“缩减一致树”和“缩减数据”两种途径;而在贝叶斯框架内,则利用速率为非相关对数正态分布和局部分子钟的位置可随机分配的模型,探究异质速率对系统树的影响,鉴别系统发育假象。研究结果可为桫椤目分类系统的修订提供分子证据。

结项摘要

本项目通过测定桫椤目及其相关类群的叶绿体基因组全序列,开展了叶绿体系统发育基因组学研究,并对在系统树重建过程中影响分支结构和支持强度的关键因素进行了解析。已经完成以下研究内容并获得重要结果:(1)测定了黑桫椤、中华桫椤、大叶黑桫椤、金毛狗蕨、乌蕨、贯众、光石韦、似薄唇蕨、友水龙骨、鸟巢蕨、江南星蕨、卵叶盾蕨及光亮瘤蕨等蕨类植物的叶绿体基因组全序列,报道了这些基因组的一般特征、组织方式和变化动态。这为开展蕨类植物的叶绿体系统发育基因组学提供了重要的数据资源。(2)明确了内含子丢失和外显子拷贝数增加对重建系统发育产生的影响。以蕨类的叶绿体rps12基因为对象,在极大似然分析框架下,对其在各主要支系的非同义替换率(dN)和同义替换率(dS)进行了检验。注意到内含子丢失和外显子剂量的减少,使rps12的dN显著加快,而dS的改变相对较小。另外,还检测了选择对rpoC1基因的作用以及内含子缺失对进化速率带来的效应;发现内含子缺失对转换率、颠换率以及dN有影响。这些结果提示,内含子丢失和基因剂量改变会导致速率异质性,影响系统树重建。(3)认识到水龙骨科的叶绿体基因组并不像之前所认为的偏于保守,而是存在由插入引起的新的变动。大的插入片段导致该科的叶绿体基因组在大小上变动很大。特别是修蕨属姬茀蕨的反向重复区发生了显著扩张,并拥有一个独有的倒位。(4)基于高度分化的叶绿体基因组区域的序列重建系统发育。在盾蕨属属内以及盾蕨属和瘤蕨属属间分别鉴定出高度分化的序列,并用于系统发育基因组学分析。(5)借助基因顺序确定关键类群之间的系统关系。注意到蕨类叶绿体基因组的基因顺序分为两类;根据基因重排的分析结果,认为膜蕨目和里白目的关系更为接近。项目的研究结果发表在BMC Plant Biology、Molecular Phylogenetics and Evolution、Frontiers in Plant Science及Frontiers in Genetics等重要SCI国际学术刊物,被国内外其他研究组多次引用。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Full-Length Transcriptome Analysis of Four Different Tissues of Cephalotaxus oliveri.
三尖杉四种不同组织的全长转录组分析
  • DOI:
    10.3390/ijms22020787
  • 发表时间:
    2021-01-14
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    He Z;Su Y;Wang T
  • 通讯作者:
    Wang T
Patterns and Rates of Plastid rps12 Gene Evolution Inferred in a Phylogenetic Context using Plastomic Data of Ferns
使用蕨类植物质体数据在系统发育背景下推断质体 rps12 基因进化的模式和速率
  • DOI:
    10.1038/s41598-020-66219-y
  • 发表时间:
    2020-06-10
  • 期刊:
    SCIENTIFIC REPORTS
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu, Shanshan;Wang, Zhen;Wang, Ting
  • 通讯作者:
    Wang, Ting
The complete chloroplast genome of Cibotium barometz (Cibotiaceae), an endangered CITES medicinal fern.
濒临灭绝的 CITES 药用蕨类植物金毛狗 (金毛狗科) 的完整叶绿体基因组
  • DOI:
    10.1080/23802359.2018.1462128
  • 发表时间:
    2018-04-12
  • 期刊:
    Mitochondrial DNA. Part B, Resources
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu S;Wang Z;Wang T;Su Y
  • 通讯作者:
    Su Y
Characterization of the complete chloroplast genome of Leptochilus decurrens (Polypodiaceae), a least concern folk medicinal fern.
Leptochilus decurrens(水龙骨科)完整叶绿体基因组的表征,一种最不受关注的民间药用蕨类植物
  • DOI:
    10.1080/23802359.2019.1673243
  • 发表时间:
    2019-10-04
  • 期刊:
    Mitochondrial DNA. Part B, Resources
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Su Y;He Z;Wang Z;Hong Y;Wang T
  • 通讯作者:
    Wang T
Comparative genomic analysis of Polypodiaceae chloroplasts reveals fine structural features and dynamic insertion sequences.
水龙骨科叶绿体的比较基因组分析揭示了精细的结构特征和动态插入序列
  • DOI:
    10.1186/s12870-020-02800-x
  • 发表时间:
    2021-01-07
  • 期刊:
    BMC plant biology
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Liu S;Wang Z;Su Y;Wang T
  • 通讯作者:
    Wang T

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其他文献

稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜斌;高磊;李佳;周媛;苏应娟;王艇
  • 通讯作者:
    王艇
孑遗植物桫椤种群遗传变异的RAPD 分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王艇;苏应娟;李雪雁;郑博;陈国培;王伯荪
  • 通讯作者:
    王伯荪
基于叶绿体基因组全序列分析真叶植物叶绿体基因的适应性进化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中山大学学报( 自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王博;高磊;苏应娟;王艇
  • 通讯作者:
    王艇
凤尾蕨科旱生蕨类rbcL基因的适应性进化和共进化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    植物科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周媛;王博;高磊;王艇
  • 通讯作者:
    王艇
裸子植物中光敏色素PHY-PAS1结构域的适应性进化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏应娟;王静;王艇;张冰;森林;杨永霞
  • 通讯作者:
    杨永霞

其他文献

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王艇的其他基金

基于转录组挖掘的桫椤目系统发育基因组学研究
  • 批准号:
    31872670
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          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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