【摘要】：異源多倍化是植物界中普遍存在的一種生物學(xué)現(xiàn)象,是物種形成的重要途徑。植物異源多倍化過程中通常伴隨著遺傳、表觀遺傳、基因表達(dá)水平的改變,促使多倍體產(chǎn)生新的表型,進(jìn)而適應(yīng)新的環(huán)境。蕓薹屬(Brassica)包括三個(gè)二倍體種、多倍化形成的三個(gè)異源四倍體種,是具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的油料、蔬菜、觀賞及飼料作物,同時(shí)也是研究異源多倍化的模式植物。前人將三個(gè)蕓薹屬栽培二倍體種白菜(B.rapa,AA,2n=20)、黑芥(B.nigra,BB,2n=16)、甘藍(lán)(B.oleracea,CC,2n=18)成對(duì)雜交,人工合成了三個(gè)異源四倍體,即甘藍(lán)型油菜(B.napus,AACC/CCAA,2n=38)、芥菜型油菜(B.juncea,AABB,2n=36)、埃塞俄比亞芥(B.carinata,BBCC,2n=34)。本研究利用RNA-Seq對(duì)上述人工合成材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組研究,揭示蕓薹屬異源多倍化早期基因表達(dá)變化。同時(shí),將從甘藍(lán)型油菜中分離出的白菜型油菜和天然白菜與與同一甘藍(lán)雜交,合成甘藍(lán)型油菜雜種(AC,n=19)并進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較,以揭示雜交和馴化過程對(duì)基因表達(dá)的影響。主要研究結(jié)果如下:1.合成蕓薹屬異源四倍體的轉(zhuǎn)錄組研究利用RNA-Seq技術(shù)對(duì)蕓薹屬三個(gè)基本種(AA,BB,CC)和遠(yuǎn)緣雜交人工合成的四個(gè)異源四倍體種(AABB,BBCC,CCAA,AACC)兩個(gè)組織(葉片,角果皮)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較分析,發(fā)現(xiàn)異源四倍體兩個(gè)組織之間存在大量的差異表達(dá)基因。不同組織、不同基因組背景下,超親表達(dá)基因數(shù)目和功能存在差異�？偟膩碚f,基因在角果皮中相比葉片更傾向于超親上調(diào)表達(dá)。同時(shí),與硫代葡萄糖苷合成和DNA甲基化相關(guān)的基因在大部分異源四倍體中超親上調(diào)表達(dá),表明與適應(yīng)性相關(guān)的基因在多倍化早期就受到調(diào)控。雖然沉默和新表達(dá)的基因總數(shù)不存在差異,但在樣品間兩者呈負(fù)相關(guān),表明在植物發(fā)育過程中兩者存在平衡。正反交合成的兩個(gè)甘藍(lán)型油菜之間也存在比較多的差異表達(dá)基因,但在兩個(gè)組織中共同差異上調(diào)和下調(diào)表達(dá)的基因,無論數(shù)目還是功能上都非常相似,暗示核質(zhì)互作也可能存在某種平衡機(jī)制。核糖體蛋白基因表達(dá)具有組織特異性,表達(dá)聚類分析推測核糖體蛋白基因的表達(dá)可能和蕓薹屬四倍體中的核仁顯性梯度(BAC)相關(guān)�？傊�,蕓薹屬異源四倍化早期存在大量的基因表達(dá)改變,這些改變可能有利于其在自然界中快速穩(wěn)定、提高其適應(yīng)環(huán)境的能力。2.分離白菜遺傳圖譜的構(gòu)建與比較前人將甘藍(lán)型油菜品種“奧羅”(Oro)與菘藍(lán)雜交并連續(xù)回交兩次,誘導(dǎo)C基因組染色體選擇性丟失,分離出了白菜型油菜。將該分離白菜型油菜通過小孢子純化后和測序白菜Chiifu雜交,利用F2群體構(gòu)建了一張包含190個(gè)標(biāo)記(其中包括180對(duì)SSR引物,10對(duì)InDel引物)、10個(gè)連鎖群的遺傳圖譜,證實(shí)了分離白菜基因組的完整性,不存在染色體的缺失或代換。進(jìn)一步和已有的白菜及甘藍(lán)型油菜A基因組圖譜比較發(fā)現(xiàn),在多條染色體上存在重排事件。已有圖譜和天然白菜相比,約有76%的標(biāo)記在兩者之間存在共線性,這與甘藍(lán)型油菜A基因和白菜之間77%的共線性比例接近;和甘藍(lán)型油菜A基因相比,其共線性標(biāo)記的比例更高(84%),表明分離白菜基因組結(jié)構(gòu)可能更偏向于甘藍(lán)型油菜A基因組。此外,在A1和A9連鎖群發(fā)現(xiàn)了兩處共有差異,可能是由于在遠(yuǎn)緣雜交或A基因組分離過程中造成的新的重排。3.合成甘藍(lán)型油菜雜種的轉(zhuǎn)錄組研究分別用從“奧羅”分離的白菜型油菜和天然白菜與同一甘藍(lán)雜交,人工合成兩個(gè)甘藍(lán)型油菜雜種(AC,n=19)。通過對(duì)這兩個(gè)雜種及天然甘藍(lán)型油菜“奧羅”進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較分析,以研究經(jīng)過異源多倍化的A基因組及自然進(jìn)化的A基因組對(duì)基因表達(dá)的影響。兩個(gè)雜種中大部分基因表現(xiàn)為加性表達(dá),超親表達(dá)相對(duì)較少,但在天然四倍體中非加性表達(dá)和超親表達(dá)基因數(shù)目卻顯著增多。在合成雜種和天然四倍體中有很大一部分基因表現(xiàn)為表達(dá)水平顯性(Expression level dominance;ELD)。A-ELD和C-ELD除了基因數(shù)目上相近,沒有基因組偏向性外,兩者在功能上也非常相似。通過比較部分同源基因在親本和后代中的表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)親本中的表達(dá)模式大部分遺傳到合成雜種/天然四倍體,尤其是當(dāng)基因?qū)Ρ磉_(dá)不存在差異時(shí)。和表達(dá)水平顯性一樣,部分同源偏向表達(dá)(Homoeolog expressions bias)也存在基因組間平衡。總之,表達(dá)水平顯性和部分同源偏向表達(dá)在最初雜交時(shí)就不存在基因組偏向性表達(dá),且這種基因組表達(dá)平衡狀態(tài)在長期馴化過程中得以保持。雖然兩個(gè)雜種間基因表達(dá)模式高度保守,但分離白菜的合成雜種中非加性表達(dá)、表達(dá)水平顯性、部分同源偏向表達(dá)的基因/基因?qū)?shù)目都比天然白菜的合成雜種中要少,表明經(jīng)過異源多倍化的A基因組比天然的可能對(duì)雜交有更好的適應(yīng)性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S184

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本文編號(hào)：2278610