人工合成芸薹属杂种及异源四倍体的转录组研究

发布时间：2018-10-18 08:48

【摘要】：异源多倍化是植物界中普遍存在的一种生物学现象,是物种形成的重要途径。植物异源多倍化过程中通常伴随着遗传、表观遗传、基因表达水平的改变,促使多倍体产生新的表型,进而适应新的环境。芸薹属(Brassica)包括三个二倍体种、多倍化形成的三个异源四倍体种,是具有重要经济价值的油料、蔬菜、观赏及饲料作物,同时也是研究异源多倍化的模式植物。前人将三个芸薹属栽培二倍体种白菜(B.rapa,AA,2n=20)、黑芥(B.nigra,BB,2n=16)、甘蓝(B.oleracea,CC,2n=18)成对杂交,人工合成了三个异源四倍体,即甘蓝型油菜(B.napus,AACC/CCAA,2n=38)、芥菜型油菜(B.juncea,AABB,2n=36)、埃塞俄比亚芥(B.carinata,BBCC,2n=34)。本研究利用RNA-Seq对上述人工合成材料进行转录组研究,揭示芸薹属异源多倍化早期基因表达变化。同时,将从甘蓝型油菜中分离出的白菜型油菜和天然白菜与与同一甘蓝杂交,合成甘蓝型油菜杂种(AC,n=19)并进行转录组比较,以揭示杂交和驯化过程对基因表达的影响。主要研究结果如下:1.合成芸薹属异源四倍体的转录组研究利用RNA-Seq技术对芸薹属三个基本种(AA,BB,CC)和远缘杂交人工合成的四个异源四倍体种(AABB,BBCC,CCAA,AACC)两个组织(叶片,角果皮)进行转录组比较分析,发现异源四倍体两个组织之间存在大量的差异表达基因。不同组织、不同基因组背景下,超亲表达基因数目和功能存在差异。总的来说,基因在角果皮中相比叶片更倾向于超亲上调表达。同时,与硫代葡萄糖苷合成和DNA甲基化相关的基因在大部分异源四倍体中超亲上调表达,表明与适应性相关的基因在多倍化早期就受到调控。虽然沉默和新表达的基因总数不存在差异,但在样品间两者呈负相关,表明在植物发育过程中两者存在平衡。正反交合成的两个甘蓝型油菜之间也存在比较多的差异表达基因,但在两个组织中共同差异上调和下调表达的基因,无论数目还是功能上都非常相似,暗示核质互作也可能存在某种平衡机制。核糖体蛋白基因表达具有组织特异性,表达聚类分析推测核糖体蛋白基因的表达可能和芸薹属四倍体中的核仁显性梯度(BAC)相关。总之,芸薹属异源四倍化早期存在大量的基因表达改变,这些改变可能有利于其在自然界中快速稳定、提高其适应环境的能力。2.分离白菜遗传图谱的构建与比较前人将甘蓝型油菜品种“奥罗”(Oro)与菘蓝杂交并连续回交两次,诱导C基因组染色体选择性丢失,分离出了白菜型油菜。将该分离白菜型油菜通过小孢子纯化后和测序白菜Chiifu杂交,利用F2群体构建了一张包含190个标记(其中包括180对SSR引物,10对InDel引物)、10个连锁群的遗传图谱,证实了分离白菜基因组的完整性,不存在染色体的缺失或代换。进一步和已有的白菜及甘蓝型油菜A基因组图谱比较发现,在多条染色体上存在重排事件。已有图谱和天然白菜相比,约有76%的标记在两者之间存在共线性,这与甘蓝型油菜A基因和白菜之间77%的共线性比例接近;和甘蓝型油菜A基因相比,其共线性标记的比例更高(84%),表明分离白菜基因组结构可能更偏向于甘蓝型油菜A基因组。此外,在A1和A9连锁群发现了两处共有差异,可能是由于在远缘杂交或A基因组分离过程中造成的新的重排。3.合成甘蓝型油菜杂种的转录组研究分别用从“奥罗”分离的白菜型油菜和天然白菜与同一甘蓝杂交,人工合成两个甘蓝型油菜杂种(AC,n=19)。通过对这两个杂种及天然甘蓝型油菜“奥罗”进行转录组比较分析,以研究经过异源多倍化的A基因组及自然进化的A基因组对基因表达的影响。两个杂种中大部分基因表现为加性表达,超亲表达相对较少,但在天然四倍体中非加性表达和超亲表达基因数目却显著增多。在合成杂种和天然四倍体中有很大一部分基因表现为表达水平显性(Expression level dominance;ELD)。A-ELD和C-ELD除了基因数目上相近,没有基因组偏向性外,两者在功能上也非常相似。通过比较部分同源基因在亲本和后代中的表达情况,发现亲本中的表达模式大部分遗传到合成杂种/天然四倍体,尤其是当基因对表达不存在差异时。和表达水平显性一样,部分同源偏向表达(Homoeolog expressions bias)也存在基因组间平衡。总之,表达水平显性和部分同源偏向表达在最初杂交时就不存在基因组偏向性表达,且这种基因组表达平衡状态在长期驯化过程中得以保持。虽然两个杂种间基因表达模式高度保守,但分离白菜的合成杂种中非加性表达、表达水平显性、部分同源偏向表达的基因/基因对数目都比天然白菜的合成杂种中要少,表明经过异源多倍化的A基因组比天然的可能对杂交有更好的适应性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S184

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王晶;孟金陵;;芸薹属作物基因组研究进展及其在育种中的意义[J];分子植物育种;2010年05期

2 王真真;朱玉英;;芸薹属蔬菜抽薹性研究进展[J];上海农业学报;2011年04期

3 宋明;许俊强;汤青林;葛文东;王志敏;;芸薹属蔬菜花期分子调控研究进展[J];中国蔬菜;2012年02期

4 罗宝;谭永俊;唐志东;;芸薹属重要作物的比较基因组研究进展[J];作物研究;2012年04期

5 邱翠金;黄海裙;余小林;;世界芸薹属作物生产与贸易分析[J];世界农业;2014年05期

6 轩淑欣;王彦华;李晓峰;赵建军;张成合;申书兴;;芸薹属作物分子遗传连锁图谱应用研究进展[J];中国农业科学;2008年07期

7 周贤达;汤青林;王志敏;宋明;;浅析芸薹属作物抽薹性状的遗传规律及调控途径研究现状[J];南方农业;2010年01期

8 佘建明,蔡小宁,朱卫民,张初贤;芸薹属蔬菜抗虫转基因技术研究进展[J];江苏农业学报;1999年04期

9 陈书霞,王晓武,程智慧,房玉林;芸薹属作物分子标记研究[J];西北农业大学学报;2000年03期

10 曾长立;刘丽;雷刚;;盐胁迫下芸薹属作物幼苗吸收矿质营养元素的基因型差异[J];江汉大学学报(自然科学版);2011年03期

相关会议论文 前10条

1 梁翠;葛宇;曹睿;王哲;黎瑞源;孟金陵;朴钟云;;芸薹属A基因组单一基因微卫星分布及其通用性研究[A];中国园艺学会2010年学术年会论文摘要集[C];2010年

2 孙德岭;;芸薹属蔬菜基因组亲缘关系的研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（下册）[C];2002年

3 周庆红;付东辉;曾勇军;黄英金;;芸薹属作物产量及其相关性状QTL图谱整合研究[A];2013全国植物生物学大会论文集[C];2013年

4 魏丽娟;李加纳;付东辉;;芸薹属物种特异SSR序列的特征及进化分析[A];2012年中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2012年

5 周庆红;付东辉;曾勇军;;芸薹属作物开花期QTL图谱整合及开花候选基因挖掘[A];中国园艺学会2013年学术年会论文摘要集[C];2013年

6 毕凯;赵莹;程家森;付艳苹;姜道宏;易先宏;;拟南芥与芸薹属根肿菌早期互作阶段寄主差异基因筛选与功能验证[A];中国植物病理学会2012年学术年会论文集[C];2012年

7 马丽娟;冯瑜;江丽萍;申敏;柴友荣;;pFGC5941的改造及芸薹属TT1基因家族RNA干扰载体构建[A];重庆市生物化学与分子生物学学术会议论文摘要汇编[C];2009年

8 孟繁敏;陈艳;冯瑜;柴友荣;;芸薹属ANR(BAN)基因家族RNA干扰载体的构建[A];重庆市生物化学与分子生物学学术会议论文摘要汇编[C];2009年

9 曾长立;陈雯婷;;盐胁迫下芸薹属多倍体和二倍体幼苗对氮、磷、钾元素吸收的差异[A];湖北省植物生理学会第十五次学术研讨会论文集[C];2007年

10 葛贤宏;王晶;李再云;;芸薹属远缘杂交中的染色体消除与rRNA基因表达[A];中国遗传学会第八次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编（2004-2008）[C];2008年

相关重要报纸文章 前2条

1 记者 胡其峰;我科学家首次明确白菜等蔬菜的祖先基因[N];光明日报;2013年

2 关敏;科学家首次明确白菜等蔬菜祖先基因[N];中国食品安全报;2013年

相关博士学位论文 前9条

1 周建男;人工合成芸薹属异源六倍体的细胞遗传学研究[D];华中农业大学;2016年

2 张大为;人工合成芸薹属杂种及异源四倍体的转录组研究[D];华中农业大学;2016年

3 赵琴;芸薹属多倍体植物进化及适应性的分子机制研究[D];武汉大学;2013年

4 陈新娟;中国芸薹属蔬菜硫代葡萄糖苷及其影响因子研究[D];浙江大学;2006年

5 王爱云;芸薹属与诸葛菜属间远缘杂交及种质创新的研究[D];湖南农业大学;2006年

6 陈纪鹏;芸薹属四倍体栽培种与Brassica fruticulosa种间杂种的遗传学研究[D];华中农业大学;2011年

7 孔芳;芸薹属种间关系及其人工合成甘蓝型油菜早期世代蛋白质组学的研究[D];扬州大学;2010年

8 李柱刚;芸薹属（Brassica）脂肪酸合成基因的分子标记及系统发育分析[D];东北农业大学;2002年

9 姚行成;芸薹属栽培种与野生种Brassica maurorum的种间杂交及基因组关系[D];华中农业大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 谢文文;芸薹属主要蔬菜作物富硒比较研究[D];西南大学;2016年

2 曹廷;芸薹属查尔酮异构酶基因家族的克隆与功能鉴定[D];西南大学;2011年

3 黎兰献;芸薹属主要蔬菜遗传特异性和多样性的快速鉴定[D];华中农业大学;2010年

4 张耿;芸薹属内含子长度多态性和EST单核苷酸多态性研究[D];浙江大学;2009年

5 朱虹;芸薹属ASY1基因的克隆及进化分析[D];华中农业大学;2014年

6 肖宪龙;十字花科芸薹属种间杂种饲用性状研究[D];湖南农业大学;2012年

7 杨续蕊;芸薹属异源六倍体的遗传分析与菌核病抗性鉴定[D];西南大学;2012年

8 王丽凤;芸薹属硫代葡萄糖苷相关基因的ACGM标记[D];黑龙江大学;2009年

9 徐新月;芸薹属线粒体基因组重组调控基因克隆及榨菜MSH1-RNAi系的构建[D];浙江大学;2015年

10 张海焕;基于转录组序列的芸薹属SSR标记的开发[D];江西农业大学;2013年

，

本文编号：2278610