種內(nèi)與種間非整倍性對甘藍(lán)型油菜基因表達(dá)的擾亂.pdf

1、非整倍體(aneuploids)是指在一個物種正常染色體數(shù)(2n)的基礎(chǔ)上個別染色體增加或丟失的個體或細(xì)胞，有種內(nèi)與種間兩種類型(intra-/interspecificaneuploids)。植物對非整倍性比動物具有較大的忍耐性，特別是異源多倍體可忍耐染色體丟失。前人獲得的蕓薹屬異源四倍體種甘藍(lán)型油菜(Brassica napusL.，2n=38，AACC)的一個缺體(2n=36)表現(xiàn)植株急劇變矮變小、大幅提早開花，但缺失染色體的“身

2、份”有待確定。在本研究中，將該甘藍(lán)型油菜缺體與甘藍(lán)型油菜親本雜交產(chǎn)生了單體，然后進(jìn)行該缺體和單體與甘藍(lán)型油菜親本的葉片比較轉(zhuǎn)錄組分析，以揭示特定染色體的不同拷貝(0，1，2)對轉(zhuǎn)錄組的影響、確定與染色體丟失相關(guān)表型的分子機(jī)理。還進(jìn)行了兩個甘藍(lán)型油菜—蘿卜(Raphanus sativusL.，2n=18，RR)二體附加系(2n=40，AACC+1IIRR)與甘藍(lán)型油菜和蘿卜親本的葉片比較轉(zhuǎn)錄組研究，以分析單條外源染色體對油菜基因表達(dá)的影

3、響與互作。主要研究結(jié)果如下:
　　1.甘藍(lán)型油菜單體與缺體的轉(zhuǎn)錄組分析
　　利用C染色體組特異的DNA重復(fù)序列為探針進(jìn)行熒光原位雜交分析，顯示缺體丟失的一對染色體屬于C染色體組。從每條染色體的特定基因表達(dá)差異進(jìn)一步顯示在缺體中所丟失的染色體是甘藍(lán)型油菜的C2染色體。
　　單體和缺體的基因表達(dá)在全基因組范圍內(nèi)發(fā)生了改變，且絕大多數(shù)的差異表達(dá)基因(DEGs)是由C2染色體的不同拷貝(0，1)的反式作用效應(yīng)所致，因直接由C2

4、染色體的丟失導(dǎo)致的DEGs在單體和缺體中只占3.89％和8.22％。其他染色體上的上調(diào)表達(dá)基因數(shù)比下調(diào)表達(dá)基因數(shù)高，可能基因組通過提高某些基因的表達(dá)來響應(yīng)C2染色體的丟失。在單體中比缺體中檢測到更多的DEGs，顯示單體的整個基因表達(dá)比缺體的受到更嚴(yán)重的擾亂。其余染色體上的基因表達(dá)受到不同的影響，可發(fā)現(xiàn)幾個異常調(diào)節(jié)的區(qū)域，其內(nèi)有集中分布的上調(diào)或下調(diào)基因。隨著C2染色體的丟失，部分同源染色體A2的平均基因表達(dá)下降。盡管缺體與單體中DEGs數(shù)

5、目相差很大，但GO注釋的DEGs比例非常相近，進(jìn)一步表明兩個非整倍體有響應(yīng)C2缺失的相似機(jī)制。
　　與缺體較矮的株高和開花提早相符的是，缺體中與植物生長素有關(guān)的基因及控制開花有關(guān)基因的表達(dá)也發(fā)生相應(yīng)改變，為與C2缺失有關(guān)的形態(tài)學(xué)差異提供了部分解釋，盡管基因表達(dá)有時空性差異。
　　2.甘藍(lán)型油菜—蘿卜二體附加系的轉(zhuǎn)錄組研究
　　二體附加系BNR1與甘藍(lán)型油菜(BN)間的差異表達(dá)基因數(shù)(DEGs)低于BNR2的;而與蘿卜比

6、較時則與BNR1的DEGs高于與BNR2的。附加系與親本、兩個附加系之間在差異倍數(shù)分布上有很大差異;與甘藍(lán)型油菜相比時兩個附加系中上調(diào)及下調(diào)基因分布均勻，大部分基因?yàn)榉遣町惐磉_(dá);而與蘿卜比較則下調(diào)表達(dá)基因占了絕大部分。這些結(jié)果表明附加不同的蘿卜染色體對附加系的基因表達(dá)有不同影響。
　　附加系與甘藍(lán)型油菜之間的差異表達(dá)基因在不同基因組及染色體上的分布存在差異。在BNR1與BN的比較中，A基因組上調(diào)表達(dá)基因和下調(diào)表達(dá)基因的基因總數(shù)相近

7、、每條染色體上的上調(diào)與下調(diào)表達(dá)基因也非常接近。但C基因組上的下調(diào)表達(dá)基因總數(shù)為上調(diào)表達(dá)的3倍，每條染色體上的下調(diào)表達(dá)基因數(shù)都多于上調(diào)表達(dá)的基因數(shù)目，其中以C1、C3、C6最為明顯。在BNR2與BN的比較中，A基因組的上調(diào)和下調(diào)表達(dá)基因總數(shù)也接近;C基因組下調(diào)表達(dá)的總體趨勢并不明顯，但C2、C3兩條染色體的下調(diào)表達(dá)基因數(shù)仍遠(yuǎn)高于上調(diào)表達(dá)的基因數(shù)。大部分DEGs在染色體上表現(xiàn)隨機(jī)分布，特別是在A染色體組上，但在一些C基因組的染色體上(C1，

8、2，3，5，6)有上調(diào)或下調(diào)基因集中出現(xiàn)的大的區(qū)域。
　　兩個附加系與甘藍(lán)型油菜之間的共同差異表達(dá)基因分析發(fā)現(xiàn)BNR1與BNR2間共享大約一半的DEGs(1103/2349)，表明這些基因可能受非整倍化的影響較大。其中269個基因在兩個附加系中上調(diào)表達(dá)，其中一部分基因與刺激/逆境響應(yīng)相關(guān)。而共同下調(diào)的693個基因功能則主要集中在細(xì)胞、代謝及合成進(jìn)程等。
　　比較兩個附加系與甘藍(lán)型油菜間A與C基因組的部分同源基因的表達(dá)水平，在