胭脂花和小报春自交与型间杂交亲和性基因的挖掘
发布时间：2020-07-07 23:52
【摘要】：花柱异型自交不亲和(Self-incompatibility,SI)是植物为了促进虫媒授粉进化形成的一种重要的繁殖机制,开花植物中至少28个科存在花柱异型现象,大部分花柱异型植物都是自交不亲和的。报春花科报春花属(Primula)植物作为研究花柱异型植物的模式物种一直受到植物学家的关注,然而控制花柱异型以及自交不亲和性状的关键基因以及分子调控机制仍未知。本研究设置胭脂花(Primula maximowiczii Regel)和小报春(Primula forbesii Franch.)不同授粉组合,进行授粉后的雌蕊转录组测序,通过对型间杂交亲和与自交不亲和反应中转录表达基因的生物信息学和表达分析,挖掘两种报春花花柱二型自交与型间杂交亲和性的关键基因,为探究胭脂花与小报春自交不亲和的分子调控机制奠定基础。主要结果如下:1.胭脂花和小报春都是典型的花柱二型植物,长、短花柱花差异明显。胭脂花长、短花柱的乳突细胞长度存在显著差异,而花柱细胞大小差异不显著;小报春长、短花柱的乳突细胞长度也存在显著差异,而长花柱的细胞显著比短花柱的长。2.通过胭脂花长花柱不亲和(PS)与亲和(PT)、短花柱不亲和(TS)与亲和(TP)处理的比较(PS vs PT、TS vs TP),获得长花柱花与亲和性相关的差异表达基因1311个,短花柱花与亲和性相关的差异表达基因1048个,其中93.68%的差异基因在长、短花柱的中表达不一致。差异基因分析显示,应激反应、能量代谢以及碳水化合物代谢等通路的基因参与了胭脂花亲和与不亲和反应过程,特别是病原菌互作通路与胭脂花的亲和性显著相关。采用Tunel染色法观察授粉后花粉管中的程序性细胞死亡,发现在长、短花柱的SI反应中存在一定程度的程序性细胞死亡(PCD)。另外,通过长花柱两个处理组合与短花柱两个处理组合的两两比较,获得可能与花柱二型特征相关的差异表达基因826个,其中554个差异基因在长花柱处理中特异高表达,268个在短花柱处理中特异高表达。这些基因显著富集到蛋白酶体与核糖体等相关通路。3.小报春转录组测序组装得到114 474个unigenes,有29 899个基因注释到GO库,有7 775个基因注释到KEGG库。获得小报春长、短花柱花与亲和性相关的差异表达基因242个,其中约90%差异基因在在PS vs PT与TS vs TP中表达不一致,这个结果与胭脂花一致。差异基因分析表明,长花柱杂交亲和与自交不亲和特异表达基因主要富集到碳水化合物代谢过程与超氧化物代谢相关通路,而短花柱亲和性差异基因主要富集到细胞壁组织与细胞代谢等相关通路。另外,获得小报春长、短花柱中差异表达的基因28个,其中长花柱特异高表达基因有19个,短花柱特异高表达基因有5个,这些基因富集到碳水化合物、细胞分化等通路。4.对胭脂花与小报春的两个转录组进行比较分析,胭脂花与小报春共有的同源基因家族有13664个,其中单拷贝基因家族有7 154个。对胭脂花与小报春的单拷贝同源基因家族基因进行Ka/Ks分析,获得受正向选择的同源基因282个。这些基因显著富集到细胞过程、植物病原菌通路。另外,获得胭脂花与小报春5对与长花柱亲和性相关的同源基因,4对与短花柱亲和性相关的同源基因,以及可能与胭脂花以及小报春的花柱异型相关的29对同源基因。5.从胭脂花与小报春转录组中分别筛选出17个表达较稳定的候选内参基因,对长、短花柱花的花发育、花部器官、植物器官、授粉雌蕊和耐热处理等5类植物组织进行内参基因筛选,其中PmGAPDH在胭脂花的植物器官、授粉雌蕊和耐热处理中表现最稳定,PmATP与PfEF-1α分别在花发育和花部器官中表达最稳定;PfEIF5A在小报春植物器官和授粉雌蕊中表达最稳定,PfRPⅡ、PfSAND和PfSKP1分别在花发育、授粉雌蕊和耐热处理中表达最稳定。选择胭脂花和小报春AG、CHS、CML和HSP70等同源基因对稳定内参进行验证,结果表明它们表达稳定。6.成功克隆胭脂花PmCML19和小报春PfCML19基因全长,构建PmCML19和PfCML19植物表达载体,瞬时侵染烟草叶片,进行亚细胞定位的观察,发现这两个基因在细胞核与细胞膜上都有分布。PmCML19和PfCML19在亲和与不亲和处理中表达差异,表明它们与胭脂花和小报春的亲和性相关。另外,对7对胭脂花和小报春与亲和性相关的同源基因、15对与花柱二型特征相关的同源基因在杂交组合以及花部器官组织中的表达模式分析,结果表明7对与亲和性相关的同源基因在胭脂花与小报春型间杂交与自交处理中表达差异,另外获得1对在长花柱特异表达的同源基因。本研究通过分析胭脂花与小报春型间杂交与自交不亲和的转录组,获得了大量与报春花亲和性以及花柱二型相关的差异基因。这些数据将为挖掘调控胭脂花与小报春自交不亲和以及花柱二型特征的重要基因提供基础,为进一步研究它们关于花柱二型自交不亲和的分子机制提供新的数据和重要的理论参考。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S682.15
【图文】：
逑化，引起办0７似／的降解，最后抑制花粉的萌发，导致了邋ＳＩ的发生（Ｆｒａｎｋｌｉｎ－Ｔｏｎｇ，逡逑２００８）。对这些结果进行总结归纳，示意图如下（图１－２）。逡逑广茄科ｇｓｉ逦ｒ＾资栜⑶逦＾邋ｒ邋；：；ｓ：ｉ（４ｓｓｉ逦＾逡逑ｐｒｐｓ逦ＳＰ１１邋ＳＣＲ逡逑ＳＬＦ邋ＳＢＦ逦丨R%逦｜邋ｉＵ邋别逡逑ｉ邋ｕ！R%逦Ｐｌ］ｓ，，作逦ｓｒｋ逡逑？逦士逦」逦ｉ逦Ｔ７ｆ１：逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ逦Ｃａ：＋、Ｋ＋流变化逦ＭＩ邋ＰＫ逡逑ｉ邋Ｔ作逦Ａｃｔｉｎ解聚ｆ邋ＭＡＰＫ激沾、逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ邋以忭作川逦ＲＯＳ、ＮＯ逦Ａｋ｜逡逑｜逦故＾曑逦~|｜ＥＩ』、°逡逑ＲＮＡ邋降解逦４．逦＋逦Ｗｆｂ逡逑Ｉ逦拧丨ｉ．：性细狍Ｍｉｌ＼．邋（ＰＣＤ）逦Ｅｘｏ７０Ａｌ逡逑１逦ｉ逦ｉ逡逑花粉的抑|簇ⅰⅲ垮位ǚ鄣囊謡从﹀位ǚ鄣囊种品矗铃义希皱澹叔澹鲥巍慑危澹觯撸撸撸咤澹叔义贤迹保膊煌越徊磺缀拖低车姆肿踊剖疽馔肌ｅ义希疲椋纾澹保插澹樱耄澹簦悖桢澹恚幔疱澹铮驽澹恚铮欤澹悖酰欤幔蝈澹恚澹悖瑁幔睿椋螅恚箦澹铮驽澹洌椋妫妫澹颍澹睿翦澹螅澹欤妫椋睿悖铮恚穑幔簦椋猓椋欤椋簦澹螅螅簦澹恚螅义希保脖ù夯ɑㄖ妥越徊磺缀脱芯拷瑰义媳ù夯ǹ票ù夯ㄊ糁参镌谌澜绯矗埃坝嘀郑渲性加校梗埃サ谋ù夯ㄎ镏志咤义嫌谢ㄖ妥越徊磺缀拖低常ǎ祝澹洌洌澹颍猓酰颍铄澹幔睿溴澹遥椋悖瑁幔颍洌螅澹保梗梗埃Ｔ谒械幕ㄖ臀镥义现种校街纸慌淅嘈褪欠浅２灰谎模欠直鹗浅せㄖǎǎ穑椋睿┖投袒ㄖǎǎ簦瑁颍酰恚义铣せㄖǖ幕ㄖ铣
本文编号：2745796
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S682.15
【图文】：
逑化，引起办0７似／的降解，最后抑制花粉的萌发，导致了邋ＳＩ的发生（Ｆｒａｎｋｌｉｎ－Ｔｏｎｇ，逡逑２００８）。对这些结果进行总结归纳，示意图如下（图１－２）。逡逑广茄科ｇｓｉ逦ｒ＾资栜⑶逦＾邋ｒ邋；：；ｓ：ｉ（４ｓｓｉ逦＾逡逑ｐｒｐｓ逦ＳＰ１１邋ＳＣＲ逡逑ＳＬＦ邋ＳＢＦ逦丨R%逦｜邋ｉＵ邋别逡逑ｉ邋ｕ！R%逦Ｐｌ］ｓ，，作逦ｓｒｋ逡逑？逦士逦」逦ｉ逦Ｔ７ｆ１：逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ逦Ｃａ：＋、Ｋ＋流变化逦ＭＩ邋ＰＫ逡逑ｉ邋Ｔ作逦Ａｃｔｉｎ解聚ｆ邋ＭＡＰＫ激沾、逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ邋以忭作川逦ＲＯＳ、ＮＯ逦Ａｋ｜逡逑｜逦故＾曑逦~|｜ＥＩ』、°逡逑ＲＮＡ邋降解逦４．逦＋逦Ｗｆｂ逡逑Ｉ逦拧丨ｉ．：性细狍Ｍｉｌ＼．邋（ＰＣＤ）逦Ｅｘｏ７０Ａｌ逡逑１逦ｉ逦ｉ逡逑花粉的抑|簇ⅰⅲ垮位ǚ鄣囊謡从﹀位ǚ鄣囊种品矗铃义希皱澹叔澹鲥巍慑危澹觯撸撸撸咤澹叔义贤迹保膊煌越徊磺缀拖低车姆肿踊剖疽馔肌ｅ义希疲椋纾澹保插澹樱耄澹簦悖桢澹恚幔疱澹铮驽澹恚铮欤澹悖酰欤幔蝈澹恚澹悖瑁幔睿椋螅恚箦澹铮驽澹洌椋妫妫澹颍澹睿翦澹螅澹欤妫椋睿悖铮恚穑幔簦椋猓椋欤椋簦澹螅螅簦澹恚螅义希保脖ù夯ɑㄖ妥越徊磺缀脱芯拷瑰义媳ù夯ǹ票ù夯ㄊ糁参镌谌澜绯矗埃坝嘀郑渲性加校梗埃サ谋ù夯ㄎ镏志咤义嫌谢ㄖ妥越徊磺缀拖低常ǎ祝澹洌洌澹颍猓酰颍铄澹幔睿溴澹遥椋悖瑁幔颍洌螅澹保梗梗埃Ｔ谒械幕ㄖ臀镥义现种校街纸慌淅嘈褪欠浅２灰谎模欠直鹗浅せㄖǎǎ穑椋睿┖投袒ㄖǎǎ簦瑁颍酰恚义铣せㄖǖ幕ㄖ铣
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