【摘要】：自交不親和(self-incompatibility,SI)是植物進化出的一種防止自交衰退、保持遺傳多樣性的遺傳機制,在生物學研究和農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面均有重要意義。蕓薹屬植物的自交不親和性在遺傳上受S位點(主要包括花粉識別基因SP11/SCR和柱頭識別基因SRK)的復等位基因控制。S位點的基因以一個整體向后代傳遞,稱作S單倍型。根據(jù)SRK、SLG(S位點糖蛋白基因)、SP11序列相似程度,S單倍型被分為Ⅰ類和Ⅱ類,Ⅰ類相對于Ⅱ類為顯性。異源四倍體種甘藍型油菜(Brassica napus,2n=4x=38,AACC)大約7500年前由兩個二倍體祖先種白菜型油菜(B.rapa L.,2n=2x=20,AA)和甘藍(B.oleracea L.,2n=2x=18,CC)之間的雜交進化而來。雖然白菜型油菜、甘藍以及人工合成的甘藍型油菜均表現(xiàn)自交不親和,但天然的甘藍型油菜是自交親和的(self-compatibility,SC)。特別的是,從天然甘藍型油菜中分離出的祖先白菜型油菜又恢復自交不親和性,這為研究甘藍型油菜進化中祖先種S位點基因的互作、SI至SC的轉(zhuǎn)變機制提供了獨特的材料與機會。本研究以從兩個甘藍型油菜品種奧羅(Oro)和中雙11(ZS11)中分離出的白菜型油菜(OroA、ZS11A)、人工合成的甘藍型油菜等為材料,通過表型鑒定、基因克隆、表達分析等方法,研究甘藍型油菜形成中自交不親和基因的變異及互作分子機制,主要結(jié)果如下:1.人工合成甘藍型油菜S位點基因的結(jié)構(gòu)變化與表達親本白菜型油菜(AA)的S單倍型與BoS-45相似,命名為BrS-AA、甘藍(CC)的S單倍型為BoS-15。分析人工合成甘藍型油菜不同世代(S0-S6)的S單倍型組成發(fā)現(xiàn),S0(AA.CC、CC.AA)的A、C基因組上的S位點基因與親本均不同。特別是,AA.CC和CC.AA的Ⅰ類SRK外顯子2-4區(qū)間序列分別與BnSRK-1和BnSRK-910相似度最高,但它們的外顯子1(編碼S區(qū))與BcSRK-99相似度均為99%,這說明SRK基因的不同區(qū)域序列變化不一致;而AA.CC的Ⅰ類SLG與BcSLG-99的相似度僅為88%,這說明AA.CC中SRK的S區(qū)和SLG序列的變異也不一致。AA.CC與CC.AA不同,來自母本的Ⅰ類S位點基因,從新合成的S0開始向BnS-1的方向發(fā)生明顯改變;來自父本的Ⅱ類SRK與BnSRK-60和BOLSRK-1相似度均高于與BnSRK-6的相似度,由此可見來自父本的Ⅱ類S單倍型比來自母本的Ⅱ類S單倍型變異更加復雜。到S3及之后世代,其S單倍型呈現(xiàn)為自然界中常見的組合BnS-1/BnS-6。在表達方面,盡管CC.AA和S1-2的Ⅰ類SRK基因序列相似,但表達產(chǎn)物差異較大,因此人工合成的甘藍型油菜在核酸序列上和基因表達上均發(fā)生了改變;其Ⅰ類和Ⅱ類SP11均有表達,由此推測Ⅰ類SP11雖然外顯子區(qū)沒有變化,但其上下游其他區(qū)段缺失或插入,導致其沉默Ⅱ類SP11的功能喪失。親本白菜型油菜地方品種青海大黃(QD)的S單倍型為BrS-f2、遲花芥蘭(CJ)的S單倍型為BoS-5,S1和S5的S單倍型為親本S單倍型的組合即BrS-f2/BoS-5。在表達方面,從S1到S5,Ⅰ類SRK從無表達變?yōu)楸磉_,Ⅱ類SRK從有表達變?yōu)闊o表達,SP11的表達沒有發(fā)生變化,由此可見即使S單倍型沒有發(fā)生改變,其S位點基因的表達也會改變,并且是向著自交親和的方向改變。2.分離白菜型油菜的S位點基因結(jié)構(gòu)與表達兩個甘藍型油菜供體的S單倍型組合均為BnS-1/BnS-6。對分離出的白菜OroA和ZS11A的S單倍型研究表明,二者的Ⅰ類S單倍型與親本A基因組的S單倍型并不相同。OroA的Ⅰ類SRK與BnSRK-910相似,Ⅰ類SRK表達產(chǎn)物與BrSRK-99相似度為99%;其Ⅱ類S單倍型BrS-60,SRK和SP11均有效表達。Ⅰ類SRK基因序列和表達產(chǎn)物不屬于同一S單倍型,因此可能是Ⅰ類SRK序列發(fā)生變化使其SRK結(jié)構(gòu)改變或其他關(guān)鍵因子不匹配,在蛋白水平上不能抑制Ⅱ類SRK,從而柱頭和花藥中的Ⅱ類SI決定因子相互作用,發(fā)生自交不親和反應(yīng)。ZS11A中Ⅰ類S單倍型為BrS-AA,未有效表達,Ⅱ類SRK和SLG缺失,SP11有效表達,BcSLR-2在柱頭上有效表達,因此可能是BcSLR-2與SP11相互作用導致ZS11A表現(xiàn)為自交不親和。3.人工合成甘藍型油菜和人工分離白菜S位點基因變化AA和ZS11A的比較發(fā)現(xiàn),它們的Ⅰ類SRK和SLG序列相似度為99%和97%,CC.AA與OroA的比較發(fā)現(xiàn),它們的Ⅰ類SRK和SLG相似度為99%和93%。由此可以推測,人工合成和人工分離的過程中,人工合成和分離過程中S單倍型和表型變化具有逆相似性,即在甘藍型油菜的進化歷程中,S單倍型均按照一定的途徑變化。同時也可以解釋自然界中甘藍型油菜大多數(shù)的S單倍型為BnS-1/BnS-6的原因,并不是他們祖先種的S單倍型都是BrS-47和BoS-15,而可以有很多其他的組合,經(jīng)過DNA序列的變化,進化成BnS-1/BnS-6。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S565.4

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本文編號：2279118