花烟草自交不亲和可塑性调控机制研究

发布时间：2020-05-20 12:40

【摘要】：烟草是我国重要的经济作物,但普通烟草遗传基础狭窄,对逆境和疾病的抗性较差;而许多野生烟草种保存有病虫害抗性和逆境耐受性等优良性状,它是改良栽培烟草品种的天然基因库,如Nicotiana alata LinkOtto(花烟草),它对野火病,根黑腐烂的病,白色粉状病和番茄斑萎病都具有高度的抗性,但它属于自交不亲和(Self-incompatibility)。课题组获得了形态或自交亲和性不同的花烟草材料:N.alata-N2存在自交不亲和可塑性,能自交结实;N.alata-N1也能自交结实,但其植株和花朵形态和N.alata-N2有较大区别;N.alata-N3(PI 42334)却严格自交不亲和,不能自交结实。本论文鉴定了3份花烟草材料的S基因型;研究了N.alata-N2自交不亲和可塑性的调控机制;通过对比自交不亲和调控关键基因在N.alata-N2和N.alata-N3的表达差异,初步探究了N.alata-N3严格自交不亲和的调控机制。具体研究内容如下:(1)通过设计同源引物和基因特异性引物,克隆和鉴定了3份花烟草材料(N.alata-N1,N2和N3)的S基因型,结果表明N.alata-N1和N2的S基因型都为S_6S_6,而N.alata-N3的S基因型为S_7S_7,其中N.alata-N1和N2形态学差异大,但都能自交结实,N.alata-N3严格自交不亲和。(2)前期研究表明N.alata-N2在雌蕊和植株发育衰老时,自交亲和性提高并自交结实,本研究通过实时荧光定量检测了自交不亲和调控相关基因,伴随雌蕊和植株发育衰老的转录差异,结果显示:S_6、120 kDa、HT-b、TTS和NAG等自交不亲和调控基因伴随雌蕊和植株发育衰老,转录量降低,表明上述基因转录水平的改变,可能与N.alata-N2自交不亲和可塑性调控有关;Trxh和NaStep基因的转录伴随雌蕊和植株发育衰老无规律性变化。(3)进一步测定了自交不亲和调控关键蛋白—S-RNase伴随雌蕊和植株发育衰老,酶活性变化规律;通过原核表达-抗体芯片筛选技术获得自交不亲和调控相关蛋白120 kDa和HT-b的单克隆抗体,Western-blot研究两者蛋白伴随雌蕊衰老时蛋白表达量变化。研究结果表明,在雌蕊和植株发育衰老时期,S-RNase酶活性相对降低,但雌蕊中仍具有较高水平的S-RNase活性,120 kDa和HT-b蛋白表达量下降。该研究结果进一步从蛋白和生理水平探究了N.alata-N2自交不亲和可塑性的调控机制。(4)通过比较自交不亲和调控相关基因的转录和S-RNase活性在N.alata-N2和N.alata-N3材料中的差异,120 kDa和HT-b蛋白在N.alata-N2和N.alata-N3材料中表达量差异,探究2个花烟草材料自交不亲和强度差异的调控机制。结果表明,N.alata-N3材料中相关基因的转录量、S-RNase活性、120 kDa和HT-b蛋白表达量都较N.alata-N2高,这可能与N.alata-N3自交不亲和程度较N.alata-N2高有关。综上所述,形态学差异大的2份花烟草材料(N.alata-N1和N2)S基因型都为S_6S_6,这与2份材料都能自交结实的结果相吻合;而N.alata-N3的S基因型为S_7S_7。伴随雌蕊和植株发育衰老,N.alata-N2材料中120 kDa和HT-b基因转录和蛋白表达量降低,表明2个基因可能从转录和翻译水平,调控自交不亲和可塑性;衰老雌蕊中仍具有较高水平的S-RNase酶活性,表明S-RNase酶可能未直接参与调控自交不亲和可塑性的变化。而N.alata-N3中S-RNase酶活、120 kDa和HT-b基因转录和蛋白表达量较N.alata-N2的高,这可能保证了自交不亲和调控基因产物,在雌蕊不同发育时期的含量高于其发挥作用的阈值,控制N.alata-N3自交不亲和。本论文探究了花烟草自交不亲和可塑性的调控机制,以及不同材料间自交不亲和性存在差异的原因,对花烟草种质资源保存及抗性新品种的培育有重要指导意义。
【图文】：

茄科植物S基因序列特征

PV引物扩增N.alata(N2)S-gene片段Fig.2.3PCRamplificationofS-geneinN.alata(N2)withPVprimer.
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S572;Q943.2

【参考文献】

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本文编号：2672634