‘泰山红’石榴叶绿体基因组序列及其特征分析开题报告

1. 研究目的与意义

石榴（Punica granatum L.）是千屈菜科石榴属重要的经济树种，原产巴尔干半岛至伊朗及其邻近地区，现在世界范围内广泛栽培。据记载，石榴是西汉代时期沿丝绸之路传人我国，在中国的栽培历史已有 2000多年。石榴的食用部位为外种皮，其色泽艳丽，营养丰富，尤其是富含酚类等对人体有益的抗氧化物质，近年来越来越受到消费者喜爱。石榴适应能力强，在中国南北均有栽培，以山东、安徽、河南等地种植面积较大，并培育出一些较优质的品种。石榴优良品种的选育是果品质量发展的基础，然而在生产实践中，由于品种杂乱，部分品种亲缘关系不清等原因，制约了石榴育种工作的进行。

叶绿体（chloroplast）是植物细胞中进行光合作用的半自主性细胞器细胞器，拥有独立的遗传物质叶绿体DNA。叶绿体DNA除了在植物光合过程中发挥重要作用外，相比于核基因组，由于叶绿体基因组较小、单亲遗传基因含量、基因顺序保守，核苷酸替换频率适中等特点，在植物系统发育、亲缘关系推断和物种鉴定等发面发挥非常重要作用。本研究以石榴品种泰山红为材料，利用其全基因组重测序数据组装得到完整的叶绿体基因组序列，并对其进行注释，以期阐明石榴叶绿体基因组的结构特点和基因组成；然后，我们对泰山红石榴叶绿体基因组序列中的简单重复序列（Simple sequence repeats,SSRs）进行鉴定，以期对石榴叶绿体SSR分子标记开发提供理论依据；最后结合已经公布的桃金娘目叶绿体基因组序列进行系统发育分析，推断石榴的系统发生地位。相比于单个或者少数几个DNA片段，基于叶绿体全基因组的系统发育分析能够更全面合理的理解石榴的系统发生地位。本研究首次获得了完整的泰山红石榴叶绿体基因组序列，对于研究石榴的系统发生地位和种群遗传学研究具有一定的参考价值。

2. 国内外研究现状分析

1. 石榴研究进展

关于石榴种质资源的研究, 印度和土库曼斯坦起步较早。我国对石榴种质资源的研究起步较晚,到20 世纪70 年代末期才逐渐被重视, 先后在全国范围内开展了县级、省级和国家级的资源调查, 收集了大量优良品种。各省区园艺工作者也对当地石榴种质资源作了调查。近年来,冯玉增等对全国石榴主产区进行了实地考察, 并查阅相关资料,查明我国现有石榴品种资源, 为我国石榴种质资源的收集、整理、鉴定奠定了基础。在资源调查基础上, 各地筛选鉴定推广了一批优良品种,并进行了系统育种工作, 通过杂交、辐射、芽变、选种等方法选育优良品种。从国外引进一批品质优良的新品种,如河南引进的突尼斯软籽石榴。软籽石榴抗旱性强，因其抗寒性、抗病性等较弱，栽培区域不够广泛，种质资源也比较稀缺。目前，以色列、土库曼斯坦、美国、土耳其、突尼斯、意大利、伊朗、印度、西班牙、墨西哥、中国等国家，均有为数不多的软籽石榴种质资源保存和利用。突尼斯的石榴栽培品种较多，但从国内外文献上看，仅发现关于突尼斯软籽石榴的报道。1986 年前中国没有软籽石榴种质资源; 1986年后通过赠送、引种驯化、自主培育等，现有6 个软籽石榴品种、种质。其 中，突 尼 斯 软 籽 石 榴被 广 泛 栽 培。最近几年，从以色列、土耳其、美国等国家引进若干软籽石榴品种，极大丰富了我国软籽石榴种质资源。最近 10 年，有极少数实生软籽石榴苗木进入生产领域，必将有个别具有特异性状的实生软籽石榴树被保存下来，也将丰富中国的软籽石榴种质资源。种质资源是育种的物质基础和基因资源利用的前提。但国内外软籽石榴种质资源数量比较匮乏。与此同时，石榴从起源地传播至不同国家和地区，相同基因型的品种在不同国家有可能获得了不同的命名，除个别品种系人工杂交获得外，很多品种并不知其起源与亲缘关系。

在石榴丰产优质栽培技术方面, 进行了施肥、浇水、整形修剪、抗逆栽培、激素应用等方面的研究;在病虫害防治方面, 基本查明了主要害虫的发生规律及防治方法。在植物学特征、生物学特性方面进行了较为深人的观察研究, 如石榴的年生长动态、不同物候期生育特点、开花结果习性、形态特征、花器构造, 以及石榴变种花粉形态研究、石榴花芽形态分化及雌蕊分化、花药发育及解剖结构和花粉母细胞减数分裂情况观察等。在石榴贮藏保鲜方面, 张有林等研究了不同处理的石榴贮期生理变化特性, 综合比较得出:塑料袋包装是较为理想的包装方法。目前临潼深加工产品主要有三类，石榴酒品饮料、石榴药材、石榴提取物。淮北烈山石榴特色小镇集特色产业和旅游产业于一体。发展石榴特色产业，衍生出相关体验产品，刺激形成新的消费模式，依托当地的自然和人文资源，实现旅游休闲和娱乐的功能。总体上看,石榴的整体研究水平落后, 国内外有关石榴的研究报道相对较少。给生产和科研带来困难,妨碍了石榴种质资源的挖掘利用。石榴为近年来我国发展较快的小杂果类树种, 具有较高的食用、药用及观赏价值。但对石榴的研究却相对滞后。应加强品种分类、新品种的选育及遗传规律等方面的研究。

3. 研究的基本内容与计划

1、研究内容

1）选取泰山红石榴成熟的叶片，提取出高质量全基因组dna，然后进行基因组测序。

2）利用全基因组重测序数据组装获得完整的叶绿体基因组序列并对其进行注释。

4. 研究创新点

1）首次获得了石榴品种泰山红完整的叶绿体基因组序列。

2）鉴定了石榴叶绿体基因组中的简单重复序列，可以为石榴叶绿体ssr分子标记开发提供理论指导

3）首次基于完整的叶绿体基因组序列推断了石榴在桃金娘目中的系统发生地位。