【摘要】：自交不亲和(self-incompatibility,SI)是植物进化出的一种防止自交衰退、保持遗传多样性的遗传机制,在生物学研究和农业应用方面均有重要意义。芸薹属植物的自交不亲和性在遗传上受S位点(主要包括花粉识别基因SP11/SCR和柱头识别基因SRK)的复等位基因控制。S位点的基因以一个整体向后代传递,称作S单倍型。根据SRK、SLG(S位点糖蛋白基因)、SP11序列相似程度,S单倍型被分为Ⅰ类和Ⅱ类,Ⅰ类相对于Ⅱ类为显性。异源四倍体种甘蓝型油菜(Brassica napus,2n=4x=38,AACC)大约7500年前由两个二倍体祖先种白菜型油菜(B.rapa L.,2n=2x=20,AA)和甘蓝(B.oleracea L.,2n=2x=18,CC)之间的杂交进化而来。虽然白菜型油菜、甘蓝以及人工合成的甘蓝型油菜均表现自交不亲和,但天然的甘蓝型油菜是自交亲和的(self-compatibility,SC)。特别的是,从天然甘蓝型油菜中分离出的祖先白菜型油菜又恢复自交不亲和性,这为研究甘蓝型油菜进化中祖先种S位点基因的互作、SI至SC的转变机制提供了独特的材料与机会。本研究以从两个甘蓝型油菜品种奥罗(Oro)和中双11(ZS11)中分离出的白菜型油菜(OroA、ZS11A)、人工合成的甘蓝型油菜等为材料,通过表型鉴定、基因克隆、表达分析等方法,研究甘蓝型油菜形成中自交不亲和基因的变异及互作分子机制,主要结果如下:1.人工合成甘蓝型油菜S位点基因的结构变化与表达亲本白菜型油菜(AA)的S单倍型与BoS-45相似,命名为BrS-AA、甘蓝(CC)的S单倍型为BoS-15。分析人工合成甘蓝型油菜不同世代(S0-S6)的S单倍型组成发现,S0(AA.CC、CC.AA)的A、C基因组上的S位点基因与亲本均不同。特别是,AA.CC和CC.AA的Ⅰ类SRK外显子2-4区间序列分别与BnSRK-1和BnSRK-910相似度最高,但它们的外显子1(编码S区)与BcSRK-99相似度均为99%,这说明SRK基因的不同区域序列变化不一致;而AA.CC的Ⅰ类SLG与BcSLG-99的相似度仅为88%,这说明AA.CC中SRK的S区和SLG序列的变异也不一致。AA.CC与CC.AA不同,来自母本的Ⅰ类S位点基因,从新合成的S0开始向BnS-1的方向发生明显改变;来自父本的Ⅱ类SRK与BnSRK-60和BOLSRK-1相似度均高于与BnSRK-6的相似度,由此可见来自父本的Ⅱ类S单倍型比来自母本的Ⅱ类S单倍型变异更加复杂。到S3及之后世代,其S单倍型呈现为自然界中常见的组合BnS-1/BnS-6。在表达方面,尽管CC.AA和S1-2的Ⅰ类SRK基因序列相似,但表达产物差异较大,因此人工合成的甘蓝型油菜在核酸序列上和基因表达上均发生了改变;其Ⅰ类和Ⅱ类SP11均有表达,由此推测Ⅰ类SP11虽然外显子区没有变化,但其上下游其他区段缺失或插入,导致其沉默Ⅱ类SP11的功能丧失。亲本白菜型油菜地方品种青海大黄(QD)的S单倍型为BrS-f2、迟花芥兰(CJ)的S单倍型为BoS-5,S1和S5的S单倍型为亲本S单倍型的组合即BrS-f2/BoS-5。在表达方面,从S1到S5,Ⅰ类SRK从无表达变为表达,Ⅱ类SRK从有表达变为无表达,SP11的表达没有发生变化,由此可见即使S单倍型没有发生改变,其S位点基因的表达也会改变,并且是向着自交亲和的方向改变。2.分离白菜型油菜的S位点基因结构与表达两个甘蓝型油菜供体的S单倍型组合均为BnS-1/BnS-6。对分离出的白菜OroA和ZS11A的S单倍型研究表明,二者的Ⅰ类S单倍型与亲本A基因组的S单倍型并不相同。OroA的Ⅰ类SRK与BnSRK-910相似,Ⅰ类SRK表达产物与BrSRK-99相似度为99%;其Ⅱ类S单倍型BrS-60,SRK和SP11均有效表达。Ⅰ类SRK基因序列和表达产物不属于同一S单倍型,因此可能是Ⅰ类SRK序列发生变化使其SRK结构改变或其他关键因子不匹配,在蛋白水平上不能抑制Ⅱ类SRK,从而柱头和花药中的Ⅱ类SI决定因子相互作用,发生自交不亲和反应。ZS11A中Ⅰ类S单倍型为BrS-AA,未有效表达,Ⅱ类SRK和SLG缺失,SP11有效表达,BcSLR-2在柱头上有效表达,因此可能是BcSLR-2与SP11相互作用导致ZS11A表现为自交不亲和。3.人工合成甘蓝型油菜和人工分离白菜S位点基因变化AA和ZS11A的比较发现,它们的Ⅰ类SRK和SLG序列相似度为99%和97%,CC.AA与OroA的比较发现,它们的Ⅰ类SRK和SLG相似度为99%和93%。由此可以推测,人工合成和人工分离的过程中,人工合成和分离过程中S单倍型和表型变化具有逆相似性,即在甘蓝型油菜的进化历程中,S单倍型均按照一定的途径变化。同时也可以解释自然界中甘蓝型油菜大多数的S单倍型为BnS-1/BnS-6的原因,并不是他们祖先种的S单倍型都是BrS-47和BoS-15,而可以有很多其他的组合,经过DNA序列的变化,进化成BnS-1/BnS-6。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S565.4
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