油菜灌浆期种子和角果皮基因表达差异及相关基因的功能分析

发布时间：2017-07-19 08:39

  本文关键词：油菜灌浆期种子和角果皮基因表达差异及相关基因的功能分析

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【摘要】：油菜(rapeseed)是世界广泛种植的油料作物,是世界三大植物油来源之一。其菜籽油不仅可以作为食用油,也是重要的工业原料。种子是油菜最重要的收获器官,其发育程度的好坏直接影响着最终的品质和产量。另外,种子包裹在角果皮中,其生长发育所需的能量物质大部分来自于角果皮,角果皮对种子的发育亦起着关键的作用。关于种子发育相关基因的研究,在模式植物拟南芥中有较多报道。虽然油菜和拟南芥基因组同源性较高,但由于油菜基因组的高度重复与基因组重排,很难将其与拟南芥的基因进行一一对应。同时,相对于拟南芥,油菜种子发育的调控过程更为复杂,并且目前关于油菜种子发育相关基因的鉴定和研究报道也较少。另外,角果皮作为种子能量物质的直接供给者和转运媒介,其对种子发育调控及影响的研究亦较少。针对这些问题,本研究主要开展了两方面的工作:1)以开花后21-22天的油菜角果的角果皮和种子为材料,利用油菜95k芯片分析这两个器官中的基因表达差异,为诠释油菜角果皮和种子间的协同互作与分工关系奠定基础;2)根据油菜角果皮和种子的芯片数据分析结果,挑选若干可能对种子的发育有重要影响的基因进行进一步的分析,为利用基因工程的手段改良油菜的产量与品质提供重要基因资源。主要的研究结果如下:1.在油菜角果皮和种子的芯片中一共检测到17,459个基因表达。根据基因在角果皮和种子中的相对表达倍数,其中3,278个为角果皮上调表达基因(≥2),2,425个为种子上调表达基因(≤0.5),9,377个基因在角果皮和种子中没有表达差异。由此可见,更多基因倾向于在角果皮中表达,表明角果皮在角果发育过程中的重要性。2.使用Map Man软件分析发现:(1)参与光合路径的基因以及参与物质能量转运的基因主要在角果皮中上调表达;而与脂类合成相关的基因主要在种子中上调表达。这与角果皮和种子在角果发育过程中充当的“源”和“库”的角色相一致;(2)与次级代谢有关的基因在角果皮和种子中均较活跃,但却呈现不同的分布。与类黄酮合成相关的基因主要在种子中表达,而与萜类以及苯丙素类化合物合成相关的基因主要富集于角果皮中;(3)大量的转录因子在角果皮和种子中是差异调控的,表明角果皮和种子在转录水平上调控差异的复杂性。3.根据芯片的分析结果,我们挑选了6个基因进行了克隆,分别构建了过表达载体和反义载体,转化了拟南芥和油菜并得到了转基因阳性植株。对过表达转基因植株进行表达水平的检测,结果显示所有过表达载体均能正常工作,并且各个转基因系都得到了目的基因高表达的株系。4.基因的功能初步鉴定结果显示:(1)F28K异位超表达影响了油菜叶片的发育,但并没有对拟南芥的生长发育造成影响。其引起的油菜叶片发育缺陷可能与细胞分裂受到影响有关;(2)F11K3过表达拟南芥植株在萌发期对Na Cl处理比野生型反应更迅速,其突变体较野生型反应更迟钝,而他们在不同浓度Na Cl处理条件下的发芽率并没有显著变化。表明F11K3可能影响了Na+进入细胞的速度;(3)F46过表达油菜植株在0.3m M的硝酸盐生长条件下,与野生型生长无差异;在3m M硝酸盐的生长条件下,其干重显著高于野生型,表明F46可能为低亲和的氮转运子,并且能提高油菜对氮素的利用率。
【关键词】：油菜 角果皮 种子 基因 功能鉴定
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S565.4
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 缩略词表11-12
• 前言12-20
• 1 角果发育相关研究进展12-18
• 1.1 角果的发育及其形态结构12-13
• 1.2 油菜角果的生理生化特征13-14
• 1.3 角果发育相关基因的研究进展14-16
• 1.3.1 角果皮发育相关基因研究14-15
• 1.3.2 种子发育相关基因研究15-16
• 1.4 种子含油量的基因调控16-18
• 2 本研究的目的和意义18-20
• 第一章 甘蓝型油菜种子灌浆期角果皮和种子的表达谱分析20-45
• 1 引言20
• 2 材料和方法20-23
• 2.1 实验材料20-21
• 2.1.1 植物材料20
• 2.1.2 试剂耗材20-21
• 2.2 实验方法21-23
• 2.2.1 材料种植及芯片杂交21
• 2.2.2 芯片数据分析21
• 2.2.3 MapMan聚类分析21-22
• 2.2.4 芯片的qRT-PCR验证以及基因在角果发育后期多个时间点的表达分析22
• 2.2.5 角果皮和种子中类胡萝卜素和类黄酮含量的测定22-23
• 3 结果与讨论23-43
• 3.1 基因表达谱的总体分析23-25
• 3.2 芯片数据的qRT-PCR验证25-26
• 3.3 角果皮和种子中不同代谢路径上基因的表达模式分析26-29
• 3.4 在油菜灌浆期参与光合作用路径的基因在角果皮中表达更为活跃29-34
• 3.5 在油菜灌浆期参与脂类合成的基因在种子中表达更为活跃34-35
• 3.6 次级代谢相关基因在角果皮和种子中是选择性调控的35-37
• 3.7 与转运相关的基因在角果皮中表达更为活跃37-41
• 3.8 角果皮和种子中转录因子调控差异的比较41-42
• 3.9 角果发育 21-22 天的芯片表达谱在角果整个发育后期均具有代表性42-43
• 4 本章小结43-45
• 第二章 几个种子或角果皮差异表达基因的克隆及功能分析45-67
• 1 引言45
• 2 材料和方法45-51
• 2.1 实验材料45-46
• 2.1.1 植物材料45
• 2.1.2 质粒菌株45
• 2.1.3 试剂耗材45-46
• 2.2 实验方法46-51
• 2.2.1 候选基因的克隆46-47
• 2.2.2 表达载体的构建47-48
• 2.2.3 反义载体的构建48
• 2.2.4 拟南芥转化和油菜转化48-49
• 2.2.5 转基因植株的阳性鉴定及表达分析49
• 2.2.6 拟南芥突变体的基因型鉴定及表型观察49-50
• 2.2.7 拟南芥过表达植株萌发期和苗期的NaCl胁迫处理50
• 2.2.8 拟南芥过表达植株的IAA和ABA处理50-51
• 2.2.9 F46 油菜转基因过表达植株的氮处理51
• 2.2.10 油菜叶片组织学观察51
• 2.2.11 油菜终花期茎秆木质部染色51
• 3 结果与分析51-63
• 3.1 候选基因的序列分析及克隆51-53
• 3.2 载体构建及油菜和拟南芥转化53-54
• 3.3 油菜和拟南芥各转基因株系的表达分析54-56
• 3.4 转基因植株的表型观察与鉴定56-57
• 3.5 拟南芥突变体的表型观察与鉴定57-58
• 3.6 各候选基因的功能初步探索58-63
• 3.6.1 F11K3 拟南芥过表达植株在萌发期对NaCl胁迫更为敏感58-59
• 3.6.2 各转基因构建拟南芥过表达植株对IAA和ABA的反应59
• 3.6.3 F46 过表达提高了油菜对氮素的利用效率59-60
• 3.6.4 F28K过表达植株的器官变小60-63
• 3.6.4.1 F28K影响了细胞分裂61-62
• 3.6.4.2 F28K影响了木质素的合成62-63
• 4 讨论63-66
• 4.1 油菜和拟南芥中基因功能的非共线性63-64
• 4.2 F11K3 过表达可能加快了Na+进入细胞的速度64
• 4.3 F46 基因在油菜中的功能64-65
• 4.4 F28K过表达影响了油菜叶片的发育65-66
• 5 小结与展望66-67
• 参考文献67-75
• 附图75-78
• 附表78-94
• 附录94-95
• 作者简介94
• 在读期间发表的论文94
• 申请专利94-95
• 致谢95-96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 官春云;;中国油菜产业发展方向[J];粮食科技与经济;2011年02期

2 熊秋芳;文静;李兴华;沈金雄;;中国油菜科技创新与产业发展[J];中国农业科技导报;2014年03期

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本文编号：562029