萵苣(Lactuca sativa)起源于地中海沿岸,其野生種為Lactuca serriola。為了防止動(dòng)物以及昆蟲的取食,野生萵苣大部分存在自我保護(hù)機(jī)制—“刺”,而這一性狀在馴化過程中丟失。通過調(diào)查實(shí)驗(yàn)室萵苣種質(zhì)資源,發(fā)現(xiàn)刺存在萵苣的兩種器官,即葉脈和莖。第一種為葉脈和莖同時(shí)存在的刺;第二種僅在葉脈中存在的刺。為了克隆控制葉脈和莖的刺形成基因,分別利用了不同的莖刺和葉刺分離群體進(jìn)行定位。實(shí)驗(yàn)室前期對(duì)控制莖刺形成的基因進(jìn)行了精細(xì)定位,定位在5號(hào)染色體的306.31Mb—307.31Mb,根據(jù)栽培基因組注釋,該區(qū)段內(nèi)的基因功能注釋與已報(bào)道刺相關(guān)的基因均不同。為此,我們利用PI491245×W111的F_(4:5)分離群體的2,000株重新進(jìn)行定位。重定位后發(fā)現(xiàn)控制莖刺形成的基因仍然定位于該區(qū)域,但定位區(qū)間比之前定位擴(kuò)大了約1Mb,定位于305.22Mb—307.26Mb。通過分析定位區(qū)段基因功能注釋、LncRNA序列差異、候選基因編碼區(qū)序列差異、基因表達(dá)差異等方面,確定了一個(gè)與細(xì)胞分裂相關(guān)的基因(Cell division protein ftsZ),該基因不在前期研究確定的候選區(qū)段但在本研究的候選區(qū)域內(nèi),該基因在莖刺池與無刺池存在表達(dá)量的差異。構(gòu)建該基因超量表達(dá)載體,轉(zhuǎn)化無刺萵苣C20,獲得T0代轉(zhuǎn)基因植株。在T0代植株中,部分轉(zhuǎn)基因植株在葉脈上出現(xiàn)了刺的表型,該基因的表達(dá)量有一定的升高,推測(cè)該基因在表達(dá)量較低時(shí)只能出現(xiàn)葉刺性狀,而不能形成莖刺性狀。在葉刺分離R37群體中存在葉脈刺有無的分離。在該群體中等量取20株葉脈有刺植株葉片混合成有刺極端池,等量取20株葉脈無刺植株葉片混合成無刺極端池,提取RNA,送公司進(jìn)行二代測(cè)序。利用實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)的分析BSR-seq腳本,發(fā)現(xiàn)至少存在4個(gè)以上的位點(diǎn)控制葉刺的形成,其中在5號(hào)染色體上存在一個(gè)與控制莖刺形成一致的位點(diǎn),分子標(biāo)記驗(yàn)證定位區(qū)段與控制莖刺形成為同一位點(diǎn)。在第6、8、9號(hào)染色體上也存在控制葉刺形成的位點(diǎn)。本研究為生菜刺形成控制基因的克隆奠定了良好基礎(chǔ),可以豐富生菜的馴化研究。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S636.2
【部分圖文】：

目前對(duì)于對(duì)茸毛的起始和發(fā)育還缺乏詳細(xì)了解。所有多細(xì)胞生物都面臨著協(xié)調(diào)細(xì)胞增殖與細(xì)胞分化的挑戰(zhàn)，這種協(xié)調(diào)的缺陷可能導(dǎo)致不正確的組織形成、器官畸形和癌變生長。腺毛是維護(hù)協(xié)調(diào)性良好的例子，茸毛是一種復(fù)雜、高度組織化和極化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其形態(tài)結(jié)構(gòu)由一系列復(fù)雜的分子過程調(diào)節(jié)，因此茸毛被視作解決細(xì)胞特化問題的范例，一個(gè)完整的茸毛發(fā)育過程需要多個(gè)基因參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂和促進(jìn)細(xì)胞分化從而形成一個(gè)特化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。茸毛的起始和發(fā)育存在許多未知數(shù)，一個(gè)原表皮細(xì)胞分化成茸毛細(xì)胞需要環(huán)境和內(nèi)源性信號(hào)的共同作用。茸毛形成的初期，基因的表達(dá)調(diào)控細(xì)胞專一性轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致細(xì)胞特異性分裂。在形成腺狀體茸毛頭部的初期需要對(duì)特定的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞壁重塑。還存在另外一種方式調(diào)控茸毛的其他部分形成，表皮細(xì)胞通過細(xì)胞與細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控其它表皮細(xì)胞分化成茸毛的莖。茸毛的生長發(fā)育首先通過單個(gè)表皮細(xì)胞的擴(kuò)大，然后接著幾個(gè)表皮細(xì)胞分裂形成垂直于表皮的茸毛結(jié)構(gòu)。這種高度調(diào)控的分化程序還包括細(xì)胞極化和局部的細(xì)胞壁裂解和重塑(Bergau et al., 2016)。

圖 2 單細(xì)胞茸毛調(diào)控途徑Fig. 2 Regulation pathway of unicellular prickle擬南芥作為研究單細(xì)胞茸毛最多的植物，單細(xì)胞茸毛的發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)研究的相對(duì)完善。在自然界中還存在一些多細(xì)胞茸毛植物，如茄科植物中的番茄、瓜類植物中的甜瓜、黃瓜、西瓜，菊科植物中的向日葵等。單細(xì)胞和多細(xì)胞茸毛的發(fā)育可能受不同的分子機(jī)制控制，在番茄中發(fā)現(xiàn) Wo 基因，通過編碼一種HD-ZIP IV 轉(zhuǎn)錄因子該基因控制番茄茸毛的形成且該基因?yàn)榧兒蠒r(shí)表現(xiàn)為胚胎致死現(xiàn)象(Yang et al., 2011)。該基因與 SlCycB2 基因互作，Wo 基因通過調(diào)控SlCycB2 基因的表達(dá)從而影響茸毛的形成。通過將 Wo 基因在擬南芥中超量表達(dá)但未發(fā)現(xiàn)該基因影響擬南芥的茸毛生長發(fā)育(Changxian et al., 2011)。從而進(jìn)一步證明單細(xì)胞和多細(xì)胞茸毛的發(fā)育可能受不同的分子機(jī)制控制。在甜瓜中發(fā)現(xiàn)基因Cmgl 通過編碼 HD-ZIP IV 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控甜瓜茸毛的形成(Zhu et al., 2018)。在黃瓜中調(diào)控茸毛或刺形成的基因有 TBH(Chen et al., 2014)、MICT(Zhao et al.,

萵苣刺基因的遺傳定位與功能分析構(gòu)可分為四種。HD-Zip 蛋白一直被證明主要參與生物進(jìn)程，如非生物應(yīng)激反應(yīng)分生組織調(diào)節(jié)等毛狀體生長發(fā)育(Hong et al., 2012)。1.2 萵苣屬的茸毛（刺）的類型萵苣屬植物包含 1550 多個(gè)種(Bremer & Anderberg, 1994)，乳白色乳膠和花的結(jié)構(gòu)是明顯區(qū)別于菊科其它植物的特征。萵苣屬是菊科中的一部分，番荔枝科和野櫻科跟菊科屬于親緣植物。萵苣屬大部分存在于北半球（地中海地區(qū)、亞州中部和北美地區(qū)），主要是草本植物，也存在少數(shù)灌木狀植物，萵苣屬葉片通常是交替或排列成蓮座狀。茸毛的類別根據(jù)形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)和細(xì)胞學(xué)可以分為 個(gè)子類，在萵苣屬植物中主要存在三種類型的茸毛。A 類型為短圓錐形茸毛，B類型細(xì)長型茸毛，C 類為頂端突出型細(xì)長茸毛。
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本文編號(hào)：2867776