甘蓝型油菜花蕾簇生性状的遗传解析
发布时间：2020-08-22 00:07
【摘要】：油菜是世界是我国主要的油料、饲料和能源作物。随着劳动力结构的改变、生产力水平的提高及农业结构的调整,油菜生产也出现了诸多问题,如劳动力不足、机械化作业程度低等,严重制约了我国油菜产业的发展。油菜花蕾簇生突变体具有无分枝或短小分枝、花蕾簇生、成熟期一致等优点,适于高密度种植和机械化收获从而增加油菜的总产量。本文以油菜花蕾簇生突变体为实验材料,主要从形态学、群体分离分析(Bulk Segregant Analysis,BSA)测序和转录组测序分析对油菜花蕾簇生遗传机理进行解析。主要研究结果如下:(1)不同生长时期的形态学观察和农艺性状分析。幼苗期,大约在15d,野生型和花蕾簇生突变体开始出现表型差异,突变体的叶原基起始速度快于野生型植株,后期差异持续扩大;苗期,突变体的叶片数目显著多于野生型;抽薹期,突变体的顶端分生组织(Shoot Apical Meristem,SAM)相比野生型更为膨大;花期,突变体的花序出现多个同时发育的SAM,主茎和分枝呈现粘连现象;成熟期,突变体角果数量多且角果密度极显著提高。综上所述,花蕾簇生突变体的SAM持续异常分裂分化,形成多个顶端分生组织同步生长可能是花蕾簇生的原因。(2)BSA测序分析。在花蕾簇生突变体和野生型构建的F_(2:3)群体中筛选两种表型极端株构建子代混池进行BSA测序分析。共检测到6217291个SNP,3085197个InDel。通过关联分析获得6个显著关联区域,筛选到799个候选基因。候选基因的功能注释及互作网络分析发现,大多数候选基因涉及到转录调控、蛋白质修饰、蛋白质降解等路径。鉴定的多数转录因子属于MYB、MADS、AP2、C2H2和bHLH家族,这些家族都直接或间接参与SAM的调控。泛素-蛋白酶体系统中E3连接酶SCF复合体定位于显著关联位点峰值处,表明SCF复合体可能在顶端分生组织网络调控中起关键作用。(3)结合群体分离分析和比较转录组分析挖掘候选基因。BSA显著关联区域的候选基因和转录组测序中差异表达的转录因子互作网络分析发现,这些基因直接或间接互作调控SAM相关基因。例如,IAA8是BSA和转录组共有的候选基因,生长素在调控RPS10B表达从而促进腋芽发育起关键作用;PGY与REV、KAN1和KAN2共同调控叶原基细胞分化;FUS12作为CSN的组分,通过调节E3连接酶的活性参与光形态发生、生长素和茉莉酮酸响应;SE和AGO4通过调节PHB和KNOX表达调控分生组织活性和近轴叶的分化;SPL3通过CRN与CLV-WUS途径和NAC家族以及KNOX家族的转录因子相互作用调控SAM;KAN与AS1和AS2相互作用调控侧器官边界的形成。整合BSA和转录组结果表明这些关键基因和转录因子可能通过抑制顶端分生组织与叶原基的边界区域之间的生长调控,导致顶端分生组织失去顶端优势后改变叶原基起始位点,从而导致花蕾簇生表型的出现。本研究通过形态学观察和BSA分析并结合转录组测序初步揭示花蕾簇生的机理,进一步确定花蕾簇生是由于SAM调控网络异常,叶原基起始位点改变,SAM失去顶端优势,从而出现多个分生组织。花蕾簇生突变体的研究为选育适合机械化收获的油菜奠定了基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4
【图文】：
生组织的结构株型方面， SAM 对植物的叶序形成起决定作用，同时也影响植xillary meristem, AM）的形成和发育[9]。目前使用区域和层两种区域[41]。中心区（CZ）含有大量能够不断分裂的多能干细胞，原始细胞群。PZ 发育侧生器官，并形成中肋区（RZ）。在 CZ OC），可对多能干细胞增殖和分化进行调控，从而维持 SAM 的叶原基和腋生分生组织，叶原基和腋生分生组织可分化成营养概念定义，SAM 包含三个细胞层（L1，L2 和 L3）。如图 1 所示枝条的不同部分形成表皮；第二层 L2 表面的细胞在背斜平面和；L3 的细胞在背斜和周缘平面中分化，并为茎和器官的发育提个细胞层的概念对于分枝发育具有重要的意义。
6图 1.2 控制 SAM 活动的途径和元素的示意图[43]Figure 1.2 Schematic diagram of the ways and elements that control SAM activity：CLV-WUS 反馈回路, 红色：生长素流量及其相关途径, 黑色：腋生分支（MAX）依赖性信号（MDS）途径, 粉色：细胞分裂素（CK）相关的调节剂, 蓝色区域：腋芽wn arrows indicate the CLV-WUS feedback loop, red arrows indicate the auxin flow and its relatedway, black arrows represent the more axillary branching (MAX)-dependent signal (MDS) pathwayk characters represent cytokinin (CK)-related regulators, the blue region denotes the axillary bud.
它们依次或共同作用，催化多聚泛素链与特定底物的共价连接。拟南芥中约有 1600 个基因编码 UPS 组分[67]。E3 连接酶是泛素化步骤的核心，有广泛的特异性底物。E3 是一个超大蛋白家族，按亚基的个数分为单亚基 E3 和多亚基 E3 两类。单亚基的 E3 主要有两种，分别含有 HECT 结构域和含有 RING/U-box 结构域。多亚基的 E3 都含有一个支架蛋白 Cullin(或 Cullin-like)和一个 RING-finger 蛋白，包括分别以 CUL1、 CUL2、 CUL3、 CUL4 为支架蛋白的 SCF E3、VHL/ELO E3、CUL3-BTB E3、DDB1/X E3 以及以 Cullin-like 为支架蛋白的 Anaphase-PromotingComplex (APC) E3 等[68]。研究发现，泛素-蛋白酶系统在 SAM 特定区域表达，可能处在 SAM 调控网络的下游。HALTEDROOT（HLR）编码蛋白酶体 RPT2a 亚基，当HLR 发生功能缺失时，导致拟南芥的根尖和 SAM 活性降低[69]。除此之外，与 RPT2a相互作用的蛋白因子 UNI、 RPN8a（ae3）蛋白酶体亚基等单突变或双突变时，都能够通过影响 WUS 基因的表达区域调控 SAM 的大小[70]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4
【图文】：
生组织的结构株型方面， SAM 对植物的叶序形成起决定作用，同时也影响植xillary meristem, AM）的形成和发育[9]。目前使用区域和层两种区域[41]。中心区（CZ）含有大量能够不断分裂的多能干细胞，原始细胞群。PZ 发育侧生器官，并形成中肋区（RZ）。在 CZ OC），可对多能干细胞增殖和分化进行调控，从而维持 SAM 的叶原基和腋生分生组织，叶原基和腋生分生组织可分化成营养概念定义，SAM 包含三个细胞层（L1，L2 和 L3）。如图 1 所示枝条的不同部分形成表皮；第二层 L2 表面的细胞在背斜平面和；L3 的细胞在背斜和周缘平面中分化，并为茎和器官的发育提个细胞层的概念对于分枝发育具有重要的意义。
6图 1.2 控制 SAM 活动的途径和元素的示意图[43]Figure 1.2 Schematic diagram of the ways and elements that control SAM activity：CLV-WUS 反馈回路, 红色：生长素流量及其相关途径, 黑色：腋生分支（MAX）依赖性信号（MDS）途径, 粉色：细胞分裂素（CK）相关的调节剂, 蓝色区域：腋芽wn arrows indicate the CLV-WUS feedback loop, red arrows indicate the auxin flow and its relatedway, black arrows represent the more axillary branching (MAX)-dependent signal (MDS) pathwayk characters represent cytokinin (CK)-related regulators, the blue region denotes the axillary bud.
它们依次或共同作用，催化多聚泛素链与特定底物的共价连接。拟南芥中约有 1600 个基因编码 UPS 组分[67]。E3 连接酶是泛素化步骤的核心，有广泛的特异性底物。E3 是一个超大蛋白家族，按亚基的个数分为单亚基 E3 和多亚基 E3 两类。单亚基的 E3 主要有两种，分别含有 HECT 结构域和含有 RING/U-box 结构域。多亚基的 E3 都含有一个支架蛋白 Cullin(或 Cullin-like)和一个 RING-finger 蛋白，包括分别以 CUL1、 CUL2、 CUL3、 CUL4 为支架蛋白的 SCF E3、VHL/ELO E3、CUL3-BTB E3、DDB1/X E3 以及以 Cullin-like 为支架蛋白的 Anaphase-PromotingComplex (APC) E3 等[68]。研究发现，泛素-蛋白酶系统在 SAM 特定区域表达，可能处在 SAM 调控网络的下游。HALTEDROOT（HLR）编码蛋白酶体 RPT2a 亚基，当HLR 发生功能缺失时，导致拟南芥的根尖和 SAM 活性降低[69]。除此之外，与 RPT2a相互作用的蛋白因子 UNI、 RPN8a（ae3）蛋白酶体亚基等单突变或双突变时，都能够通过影响 WUS 基因的表达区域调控 SAM 的大小[70]。
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1 何策熙;;无性繁殖植物的顶端分生组织及其诱发突变的显现[J];核农学通报;1987年01期
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本文编号：2800015
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nzwlw/2800015.html
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