蕓薹屬U三角植物間親緣關(guān)系研究及蕪菁雌蕊退化突變的轉(zhuǎn)錄差異分析.pdf

1、蕓薹屬是十字花科蔬菜中最為重要的一個(gè)屬，共有六個(gè)基本種，包括三個(gè)二倍體的蕓薹、甘藍(lán)和黑芥，以及三個(gè)由上述三個(gè)二倍體兩兩雜交并自然加倍而成的異源四倍體的芥菜、埃塞俄比亞芥和甘藍(lán)型油菜。其中的白菜、甘藍(lán)、芥菜及甘藍(lán)型油菜都是極其重要的經(jīng)濟(jì)作物或大田作物。但迄今為止對(duì)三個(gè)異源四倍體復(fù)合種融合過(guò)程中哪個(gè)二倍體基本種為母本問(wèn)題還沒(méi)有明確的定論。本研究基于核基因組SSR分子標(biāo)記擴(kuò)增與線粒體基因組PCR擴(kuò)增兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比較了蕓薹屬六個(gè)基本種代表物種

2、間基因組的相似性，進(jìn)而分析它們之間的親緣關(guān)系。取得了以下研究結(jié)果：
　　 (1)基于核基因組SSR分子標(biāo)記擴(kuò)增與線粒體基因組PCR擴(kuò)增兩種不同的方法得到了一致的結(jié)果，六個(gè)U三角代表物種兩兩聚在一起，蕓薹與芥菜，黑芥與埃塞爾比亞芥，蕓薹與芥菜兩兩聚為一類(lèi)。
　　 (2)研究結(jié)果明確了蕓薹屬U三角植物三個(gè)異源四倍體復(fù)合種融合過(guò)程中哪個(gè)基本種為母本的問(wèn)題，并提供了客觀的分子證據(jù)。其中，芥菜(B.juncea，AABB)的母本為

3、蕓薹(B.rapa，AA)；埃塞爾比亞芥BBCC(B.carinata，BBCC)的母本為黑芥(B.nigra，BB)；甘藍(lán)型油菜(B.napus，AACC)的母本為甘藍(lán)(B.oleracea,CC)。
　　 此外，雌蕊發(fā)育是植物發(fā)育理論研究的一個(gè)熱點(diǎn)，近幾十年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量與雌蕊發(fā)育相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)的探討，應(yīng)用很多新的技術(shù)和方法，取得了明顯的研究進(jìn)展，極大地豐富了相關(guān)領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)。但是，雌蕊發(fā)育的遺傳調(diào)控機(jī)制仍有許

4、多問(wèn)題需要深入研究。我們以本實(shí)驗(yàn)室2002年從多代自交的蕪菁021-03株系中發(fā)現(xiàn)的雌蕊退化突變體tpa(turnip pistil abortion)為材料，對(duì)蕪菁雌蕊發(fā)育遺傳調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了一系列的研究，取得了以下研究結(jié)果：
　　 (1)通過(guò)田間調(diào)查以及顯微觀察發(fā)現(xiàn)，tpa具有獨(dú)特的突變表型。蕪菁雌蕊退化突變體的萼片、花瓣、雄蕊正常發(fā)育，突變體的部分雌蕊在發(fā)育早期開(kāi)始萎縮，最后只能發(fā)育成細(xì)絲狀的不育雌蕊；部分雌蕊完全缺失。另外

5、，在突變體的花朵中，蜜腺一般會(huì)向雌蕊柄的位置生長(zhǎng)，小部分蜜腺占據(jù)了原本應(yīng)該屬于雌蕊柄生長(zhǎng)的位置。目前對(duì)兩代tpa突變體及野生型的測(cè)交結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯示，可育植株自交的分離比例有：0，１∶5.3，１∶28;不育植株交可育植株后代的分離比例有：１∶0.8，１∶１，１∶1.5。不符合單基因隱性遺傳規(guī)律，很有可能是雙基因隱性遺傳控制的。同時(shí)，tpa突變性狀具有溫敏性。
　　 (2)通過(guò)擬南芥基因芯片分析tpa及其野生型的花蕾轉(zhuǎn)錄組差異，發(fā)現(xiàn)

6、了一些可能與雌蕊退化突變相關(guān)的候選基因。利用ATH1 genome array與蕪菁雌蕊退化突變體及野生型的花序總RNA進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)在不育系和野生型花蕾中基因表達(dá)存在一定差異。在tpa花蕾轉(zhuǎn)錄組中上調(diào)表達(dá)的基因有10個(gè)；下調(diào)表達(dá)的基因有7個(gè)，其中有5個(gè)是葉綠體內(nèi)表達(dá)的基因。這些在tpa及其野生型植株中差異表達(dá)的基因分成細(xì)胞壁合成與調(diào)控、細(xì)胞骨架蛋白等十種功能類(lèi)別。RT-PCR結(jié)果顯示，這些基因在不同的組織中具有不同的表達(dá)特性，在tpa

7、與野生型植株中上述基囚的表達(dá)差異并不是十分顯著。只有兩個(gè)基因是在花序中特異表達(dá)的，其它11個(gè)基因在花序、莖、葉片中都有表達(dá)，只是表達(dá)量有所不同。
　　 (3)通過(guò)cDNA-AFLP分析蕪菁雌蕊退化突變體與野生型的花蕾轉(zhuǎn)錄差異，得到了更多與雌蕊退化突變相關(guān)的TDFs。cDNA-AFLP分析共產(chǎn)生了3793條長(zhǎng)度在50～600bp之間的cDNA片段，在蕪菁雌蕊退化突變體和野生型植株花蕾轉(zhuǎn)錄組具有較大的差異。在兩次cDNA－AFLP重