甜瓜属异源多倍化引起叶色黄化的光适应性评价和microRNAs分析

发布时间：2018-11-18 17:54

【摘要】：异源多倍化是物种形成的重要过程,是植物进化的重要动力之一。异源多倍体通常具有许多优于二倍体亲本的性状,如器官变大、抗胁迫能力增强等。Cucumis ×hytivus是通过黄瓜近缘野生种酸黄瓜和栽培黄瓜远缘杂交以及基因组加倍获得的甜瓜属人工异源四倍体(以下简称新种)。新形成的异源多倍体由于受到“基因组冲击”,其早期世代基因组发生了广泛的遗传及表观遗传变异,这些变异对异源多倍体的表型产生了显著的影响。经过多代自交获得的表型稳定的新种,其亲缘关系明确,是研究异源多倍体物种形成和表型变异的理想模式系统。新种表现出叶绿素缺乏造成的不同于双亲的黄绿色叶片表型,并在其自交世代中稳定遗传。叶绿素是光合器官的基本组成部分,叶绿素缺乏对于新种的光合特性以及相关的生理特征有何影响不得而知。microRNAs (miRNAs)是近年来发现并被广泛关注的一种小分子RNAs,对异源多倍体的表型变异发挥着重要的调控作用。因此,本研究围绕新种的黄绿色叶片新表型,尝试从光合生理和表观遗传学的角度揭示异源多倍化过程对新种产生的影响,主要研究结果如下:1.甜瓜属异源多倍体的光合特性以及对弱光和长光照的生理响应研究新种的部分表型包括干重、生物量和Psat等光合参数均介于双亲之间。然而,新种的叶片呈现出黄绿色,叶绿素与类胡萝1卜素含量均显著低于双亲。新种叶片的叶绿素含量随着叶片的成熟逐渐提高,其成熟叶的叶绿素含量与黄瓜相似。较低的光合色素含量并不显著影响新种的光合及生长,Fv/Fm等叶绿素荧光参数显示新种PSII功能完全正常。同时,采用弱光和长光照处理比较新种及其双亲对不同光逆境的适应性差异。酸黄瓜的总叶绿素含量高、叶绿素a/b比值低、Psat和Rd较低,表明酸黄瓜的耐弱光特性,并在弱光处理下得以证实。长光照处理对新种的光合色素以及叶色并无影响,而酸黄瓜对长光照敏感,表现为Psat和Fv/Fm的显著降低。新种中未发现优于双亲的弱光和长光照适应性。2.甜瓜属不同材料在叶片发育过程中对高光强的动态生理响应包括新种、二倍体亲本酸黄瓜和黄瓜以及黄化突变体(以栽培黄瓜为材料诱导获得的黄化突变体)在内的四个不同叶色甜瓜属材料均表现出一定的高光强适应性,未表现出明显的光抑制现象,反映在一致的SLA降低和干物质增加。四份材料对高光强的生理响应有所不同,表现为不同的叶绿素含量和净光合速率的改变。新种在高光强下的适应性不及双亲,表明其可能不具备通常异源多倍体所表现的优越性。然而,高光强下,具有耐荫特性的酸黄瓜表现出一定的适应能力,这表明酸黄瓜是一种兼性耐荫攀援植物。叶绿素对光合作用的影响存在遗传差异,这可能与异源多倍化和诱变产生的一系列发育和调控系统的紊乱有关。此外,尽管新种和黄化突变体具有类似的缺绿叶片表型,但是新种在高光强处理下出现叶绿素含量的降低,这可能是一种避免过度吸收光能的防御反应,暗示新种的黄绿色幼叶可能受内源调控机制的调控,以防止幼叶产生光伤害。3.甜瓜属异源四倍体microRNAs的鉴定与分析通过高通量测序共鉴定获得546条保守miRNAs和287条新miRNAs。二倍体双亲间有15条miRNAs差异表达。与酸黄瓜相比,新种中有7条miRNAs显著上调,6条miRNAs显著下调。与黄瓜相比,新种中有6条显著上调,5条miRNAs显著下调。在新种的幼叶和成熟叶中,共有27条保守miRNAs和12条新miRNAs差异表达,这表明miRNAs介导的调控机制在异源多倍体叶片的发育过程中发挥着重要作用。9条miRNAs的荧光定量验证结果与测序结果基本一致。通过靶基因预测发现,233条miRNAs靶向2483条靶基因序列。9个靶基因进行的荧光定量验证结果显示,部分靶基因与miRNAs的表达呈相反的趋势。本研究还发现,差异表达的保守miRNAs中有5条来自miR171家族,该家族已被报道与叶绿素生物合成的抑制有关。异源多倍化影响了新种叶绿素的生物合成,使新种呈现出黄绿色幼叶的表型,这暗示miR171可能参与调控异源多倍体叶绿素的生物合成。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q945;Q943.2

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本文编号：2340719