中国传统兰科药用植物铁皮石斛基因组及其生物学特性研究

【摘要】：铁皮石斛为兰科多年生附生草本植物，具有观赏价值和广泛的药用功效，被称为“中华九大仙草”之首。本文以云南普洱铁皮石斛为材料，结合第二代Illumina HiSeq2000测序技术和第三代PacBio测序技术，得到contigN50=25.1kb，scaffoldN50=76.4kb的基因组草图，所有的测序量合计覆盖超过了铁皮石斛基因组94%的序列，功能注释了铁皮石斛大约97.56%的蛋白质编码基因。经分析发现，兰科植物具有完整的花序基因集，而铁皮石斛相对其他单子叶植物，具有独特的花序基因。同时，在基因家族扩张收缩分析中，我们发现，与真菌共生和抗旱性相关的基因家族发生了明显扩增。通过分析铁皮石斛药用成分生物合成途径，我们发现与多糖合成相关的SPS和SUSY基因发生大规模的复制，而铁皮石斛生物碱合成途径可以从已有的研究结果基础上延伸到16-epivellosimine的合成。本文不仅针对铁皮石斛基因组组装尝试了新的大型复杂基因组组装方法，同时也针对铁皮石斛内生菌、组培快繁技术等进一步研究，为今后研究兰科植物的进化、石斛的药用成分分析、铁皮石斛指纹图谱的建立及其潜在的基因育种奠定了基础。