黄瓜产量杂种优势的转录组学分析

发布时间：2020-09-21 16:14

　　 杂种优势是指杂种后代在遗传和生长的一些性状上优于亲本的现象。通过杂交育种来提高作物产量是杂种优势利用的方式之一。优势育种在黄瓜育种上被广泛应用并且显著提高了黄瓜产量。为探讨黄瓜产量杂种优势形成因素,本研究将雌雄同株系D0708-2作为父本,分别与作为母本的雌性系D1158♀-2、雌性系D1104-2-4、强雌系D1101-1-2以及雌雄同株系D0528-2进行杂交。通过同亲回归方法配制4个杂交组合,通过分析其杂种优势表现,调查相关的田间性状和生理指标以及优势度计算最终确定了一组具有超亲产量优势的杂交组合D1104-2-4×D0708-2。进一步利用RNA-Seq测序技术对该组合初瓜期的亲本及F_1进行转录组测序。分析比较了该优势组合F_1与其亲本在初瓜期的转录差异并对差异表达的基因进行GO分类和KEGG通路分析,初步解释哪些差异基因参与了黄瓜初瓜期的杂种优势形成。同时将转录组数据进行WGCNA和GSEA联合分析,进一步确定与产量优势相关的基因。本试研究得如下结果:(1)田间性状相关性分析发现F_1的产量优势与生长优势和雌花数等有关,通过冗余分析得出株高、中部茎粗、雌花数、雌花节率是显著影响产量的重要因素。(2)转录组测序发现在初瓜期F_1与母本的转录水平相似性为0.977,显著高于父本(0.851)的相似性。不同样本间的DEGs(差异表达基因集)分析表明,杂交组合亲本与F_1的转录本相比,母本中显著上调471个DEGs,显著下调120个DEGs;父本中显著上调933个DEGs,显著下调1780个DEGs。同时母本与父本的转录本差异表达基因中,有2413个DEGs显著上调,而显著下调的DEGs有821个。(3)GO分类和KEGG通路分析结果得出:F_1与亲本的差异基因主要富集在抗坏血酸和醛酸代谢、次生代谢产物的生物合成、类黄酮生物合成、柠檬烯和松烯降解、代谢途径、苯丙醇生物合成、植物激素信号转导、植物病原相互作用、核糖核酸聚合酶、倍半萜和三萜生物合成、二苯乙烯、二芳基庚烷和姜辣素的生物合成、黄酮和黄酮醇的生物合成、异黄酮生物合成、植物MAPK信号通路等通路。(4)WGCNA的分析获得了一个与黄瓜产量有关的基因模块。GSEA分析该基因模块发现植物激素信号转导途径、糖酵解途径、碳代谢等在F_1和亲本间的富集性有显著的差异,其中丙酮酸脱氢酶(aceE)和丙酮酸脱氢酶复合体E2(aceF)在母本中高表达。F_1中脱落酸受体(PYL4)、赤霉素受体(GID1b)等激素相关蛋白表达较高。同时父本中与TCA循环有关的6-磷酸葡萄糖酸酶、苹果酸脱氢酶等关键酶富集表达,而F_1中没有显著富集。说明F_1中赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)可能抑制了糖酵解途径,从而增加了糖的积累。同时通过较高活性的ABA和GA等激素调控抑制了呼吸作用,从而减少体内的有机质消耗。这种模式可能是F_1产量优势形成的基础。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S642.2

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本文编号：2823701