棉花花青素代谢的关键基因在紫化突变体和彩色棉及其杂交后代中的表达分析

发布时间：2019-05-30 18:10

【摘要】：棉花是世界上最重要的经济作物之一,中国是世界上最大的纺织品生产和消费国。然而随着社会的不断发展,人们对自身及环境的健康可持续发展要求越来越高。天然彩棉是人们利用现代科学技术培育出来的新型棉花品种,天然彩棉由于无需化学印染,无污染、且含有抗氧化物质,纯天然且对皮肤无任何刺激等特性,因而大量减少对人体健康及环境产生危害,符合大众对于健康、环保、无污染的要求。同时天然彩色棉纤维生产纺织品时减少了大量漂白、印染等化学处理,所以可以满足人们追求自然、和谐、环保纺织品要求,减少对生态环境的污染。花青素是广泛存在于植物体内的一种色素,也是植物重要的二级代谢产物,属于类黄酮类化合物。而彩色棉纤维就是由花青素及其衍生物在棉纤维腔累积而成,所以关于棉花花青素代谢通路中关键基因的表达研究至关重要。陆地棉紫化突变体HS2的紫化突变是由于花青素代谢途径中下游关键酶基因被破坏而导致突变,从而使得整个植株呈现紫色。本实验以花青素苷和原花青素含量都极其丰富的陆地棉紫化突变体HS2作为材料,在棉花全基因组数据库中发现了与棉花花青素代谢通路中调控花青素合成与累积的相关基因,并对其进行生物信息学分析,筛选出了花青素代谢通路中的三个关键酶基因CHS、ANS和LAR即查尔酮合成酶、花青素合成酶和无色花青素还原酶基因;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测了这些基因在棉花纤维不同发育阶段中的转录水平变化,分析了花青素合成代谢相关基因在棉纤维的不同发育时期的相对表达含量;对影响植物光合作用的隐花色素基因进行了定量分析;分析了不同杂交组合不同发育阶段的花青素苷和原花青素的总含量,进行花青素代谢通路中关键基因表达分析,并对它们之间的相关性进行了初步分析。获得如下实验结果:1.利用棉花紫化突变体HS2和多个彩色纤维品种/品系,获得了多个杂交组合,分别为HS2和棕絮1号杂交、HS2和绿絮1号杂交、HS2和新彩1号杂交、HS2和棕絮1-52浅杂交、HS2和棕絮1-61深杂交、HS2和新彩5号杂交、HS2和新彩7号杂交及HS2和新彩7586杂交,Fi杂交组合自交,获得F2代性状分离群体。从中筛选了优势组合,确定了棉絮色泽和重要农艺性状。分别对F1杂交组合和F2不同组合进行了叶片光合作用生理生化分析,同时也对F1杂交组合后代不同品系棉花的棉铃、棉纤维长度和棉籽的表型进行了比较分析。2.测定天然彩棉和其杂交组合中不同种类棉花叶片的花青素苷和原花青素总含量。运用紫外分光光度计,通过pH示差法测定不同品系棉花叶片花青素苷的总含量,使用DMACA化学反应法测定不同种类棉花叶片花青素的总含量。通过紫化突变体HS2与彩棉亲本杂交来改变杂交组合后代棉叶片中花青素的含量,以此来探究利用紫化突变体进行不同种类棉花中花青素代谢途径变化的影响及利用紫化性状的后代选择。3.使用qRT-PCR测定突变体幼苗中的隐花色素基因cry1-2、cry1-4、cry2-1和cry2-4在不同光源不同光照时长条件下的表达情况。重点研究了cry1-2和cry2-1基因在蓝光、红光和自然光三种不同条件下的表达情况。探究隐花色素基因在不同光照条件下对棉花叶片和纤维中花青素及聚合物累积的影响。4.测定CHS、ANS和LAR三个基因在不同彩棉杂交组合棉叶片和不同发育时期棉纤维中的表达情况。通过NCBI分析了棉花中CHS、ANS和LAR的基因序列,用ABI公司提供的Primer Express 5.0软件设计相关基因表达分析PCR引物。运用实时荧光定量PCR仪测定CHS、ANS和LAR这三个基因在棉花纤维不同发育时期的表达情况。并将CHS、ANS和LAR这三个基因的表达情况和纤维不同发育时期花青素苷和原花青素的总含量进行相关性分析。探究杂交后代组合不同品系棉花的花青素代谢通路中关键基因CHS、ANS和LAR表达差异,为进一步明确棉花花青素在棉纤维中合成代谢途径提供依据以及利用紫化突变体进行彩色纤维改良初步研究。5.综合分析了 CHS、ANS和LAR三个关键基因在紫化突变体和不同彩棉组合中棉叶片以及棉纤维不同发育阶段的相对表达含量的变化差异,表明紫化突变体中花青素合成代谢的异常,能明显影响纤维中花青素的累积,为进一步的彩色纤维的遗传改良打下坚实的基础。本实验研究隐花色素基因与花青素代谢通路关键基因,探索不同光照条件下CHS、ANS、和LAR基因对不同品系棉花纤维在不同发育阶段花青素积累的影响,为以后利用隐花色素与关键基因调控花青素、原花青素的代谢提供科学依据,并为基因工程改良彩色纤维打下理论基础。
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【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

【参考文献】