摘要
野生大豆是栽培大豆的野生近源种，具有较高的遗传多样性，可为栽培大豆的育种提供优良的基因资源。与野生大豆共生的根瘤菌是否具有也比栽培大豆共生的根瘤菌较高的遗传多样性？他们之间的系统发育和进化关系有何联系？目前，针对近缘宿主的共生菌进化关系的研究涉及很少。因此，本研究在基因组水平上，以栽培大豆根瘤菌为对照，通过测定和分析野生大豆根瘤菌基因组，首先，比较野生大豆和大豆根瘤菌的进化趋势和方向，其次，对野生大豆非共生细菌Agrobacterium和Rhizobium进行系统发育和共生基因分析，从而为阐明野生大豆和栽培大豆根瘤菌的进化关系提供理论依据，同时能够帮助我们了解根瘤中不致病、共生菌及其近缘致病菌之间的进化关系。研究结果如下： 1. 以分离自西北地区的30株野生大豆根瘤菌和27株参比菌株为研究对象，对野生大豆和栽培大豆根瘤菌进行16S rRNA基因、MLSA、ANI、DDH和核心基因序列等进行系统发育分析，并通过泛基因组与COG数据库聚类分析，研究了不同类别的菌株富集的同源基因。结果显示，基于基因组的ANI、DDH和核心基因构建的系统发育树均一致，与16S rRNA基因和MLSA分析方法相比，能够较好的反应物种间的系统发育关系。同时，结果将57株根瘤菌分为28个类群，包括Sinorhizobium中的5个类群21株菌，Rhizobium中的16个类群20株菌， Agrobacterium中的3个类群10株菌， Bradyrhizobium中的4个类群6株菌。 2. 在Sinorhizobium类群中，野生大豆根瘤菌与栽培大豆根瘤菌形成了一支交叉群，同时野生大豆根瘤菌还形成一支特有类群。通过持家基因联合分析基因流、重组事件以及泛基因组与COG聚类分析，结果发现二者存在不同的进化方向，特有类群与交叉群基因交流很少，而交叉群中的野生大豆菌株与栽培大豆菌株交流频繁，说明进化过程中有基因水平转移（HGT）事件发生，尤其是共生基因的水平转移。 3. Agrobacterium与Rhizobium系统发育地位中交错成群，系统发育关系很近，本研究根据他们与宿主的关系，将其分为非致病、共生和致病。通过分析野生大豆 Agrobacterium、Rhizobium 菌株基因组，结合下载的与植物关系明确的Agrobacterium菌株基因组，分析发现三种作用类型菌间发生了频繁的基因交流，尤其是一部分Agrobacterium和Rhizobium之间发生了共生基因的转移，说明三种类型的菌的进化相互影响。其中，类群Agrobacterium vitis持家基因和共生基 因都相当保守的，该类群菌株的高度保守性可能与其寄主专一性相关。 4. 对Agrobacterium-Rhizobium和Sinorhizobium分析中都发现，影响种群进化的主要因素是重组，有重组参与的进化进程明显缩短。而泛基因组与COG聚类结果也表明，由于适应性进化的原因，不同类群的菌株倾向于富集对自身生长和环境适应相关的基因。 本论文通过比较分析野生大豆和栽培大豆根瘤菌和非共生根瘤菌的基因组，发现野生大豆根瘤菌不仅有特有的根瘤菌类群，也具有与栽培大豆共有的共生根瘤菌类群，表明宿主的进化和分化对共生根瘤菌的选择具有一定的影响。同时在比较分析根瘤内共生、非共生菌与系统发育关系非常近的病原菌时，发现他们之间有频繁的基因交流，表明这些菌与宿主的作用在进化的过程中发生变化。
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