菘藍同源多倍體及白菜-菘藍異源多倍體后代的細胞學及轉(zhuǎn)錄組學研究.pdf

1、多倍化是植物進化的重要推動力，70％的被子植物在進化過程中都曾經(jīng)歷過一次或者多次多倍體事件。植物多倍化后會出現(xiàn)一系列的遺傳與表觀遺傳學變異。遺傳學變異包括植株表型的變化、染色體結構變異、基因組重組等;表觀遺傳學變異主要有DAN甲基化、核仁顯性、轉(zhuǎn)座子的激活、基因表達的變化等。多倍化后基因表達的變化在異源多倍體中研究較多且變化范圍較大，因為這種變化更多的是由異源多倍化過程中的雜交引起的。而在同源多倍體里基因的表達傾向于出現(xiàn)微小的變化。遠緣

2、雜交是作物遺傳改良的重要途徑，可將近緣種的有利基因或染色體導入栽培種基因組。菘藍（Isatis indigotica Fort.，2n=2x=14）是蕓薹科菘藍屬植物，長期以來作為重要的抗病毒、抗菌、抗腫瘤中藥材以及染料植物進行栽培。因為其具有較好的抗煙草花葉病毒活性以及抗油菜的莖腐病活性，在育種上也有一定的應用。在本研究中，我們分析了同源多倍體菘藍的減數(shù)分裂行為，并使用RNA-Seq技術對不同倍性的菘藍進行了轉(zhuǎn)錄組學分析;白菜(Bra

3、ssica rapa var.chinensisL.，2n=2x=20，AA)-菘藍異源六倍體（AAIIII）是由前人通過體細胞融合合成的，我們利用該六倍體與甘藍型油菜(Brassica napusL.，2n=4x=38)雜交并用白菜進行多代回交，對雜交及回交后代進行了細胞學分析，結果如下:
　　1.菘藍同源多倍體的合成、細胞學及轉(zhuǎn)錄組學分析。在本研究中，我們利用人工合成的四倍體菘藍與二倍體雜交獲得了三倍體，并對三種倍性的菘藍植株

4、進行了表現(xiàn)型、細胞學及轉(zhuǎn)錄組學分析。結果表明，四倍體菘藍表現(xiàn)出了明顯的器官增大、光合作用增強。對四倍體的減數(shù)分裂進行觀察發(fā)現(xiàn)，四倍體在終變期出現(xiàn)了四價體配對、后期發(fā)生均等分離并形成可育的花粉，說明四倍體菘藍的減數(shù)分裂存在一個偏向二倍體的趨勢。對三個倍性的植株進行了RNA-Seq分析，從頭組裝結果共得到了70136個unigene，其中56，482(80.53％)個注釋到了公共數(shù)據(jù)庫上。通過成對比較分析，分別有1586(2.26％)(2x

5、 vs4x)、693(0.98％)(2x vs3x)、1045(1.48％)(3x vs4x)個unigene檢測為差異表達基因，其中包括上調(diào)與下調(diào)基因。這些unigene與細胞生長（合成擴張蛋白以及果膠）、細胞壁的合成、次生代謝物的合成、抗性反應以及光合速率等代謝通路相關。
　　2.白菜-菘藍異源多倍體后代的細胞學。我們利用前人得到的白菜-菘藍異源六倍體(AAIIII)與甘藍型油菜進行雜交，得到了F2代植株異源五倍體AACII，

6、從表型來看F2具有較多白菜的表型，但具有類似甘藍型油菜的高大植株。對F2進行原位雜交鑒定發(fā)現(xiàn)，其存在著預期的雜種染色體配置，具有9條甘藍型油菜的C染色體及14條菘藍染色體。對F2減數(shù)分裂觀察發(fā)現(xiàn)，這株異源五倍體存在著減數(shù)分裂的紊亂。用白菜與F2進行回交，BC1代只保留了1-3條菘藍的染色體卻保留了9條C染色體，分析認為可能是親緣關系較遠的菘藍染色體在遠緣雜交過程中發(fā)生了消除。多代回交后在后代中篩選白菜-菘藍、白菜-C染色體異附加系。鑒定

7、結果表明:得到的48個單體和二體異附加系全部為白菜-C染色體異附加系，沒有得到白菜-菘藍的異附加系。鑒定得到的附加系具有類似白菜的植株形態(tài)，個別附加系花藥發(fā)育異常。具有正常花藥的附加系的花粉表現(xiàn)為可育或部分可育。在回交后代中，還得到了具有20條染色體的白菜后代，AFLP分析發(fā)現(xiàn)，外源染色體誘導形成的白菜產(chǎn)生了新增帶及大量的缺失帶，說明該白菜基因組出現(xiàn)了變異。這些基因組變異拓寬了白菜的遺傳基礎，為選育抗病或具有抗病毒活性成分的食用白菜提供