發(fā)布時(shí)間：2017-07-19 08:39

  本文關(guān)鍵詞：油菜灌漿期種子和角果皮基因表達(dá)差異及相關(guān)基因的功能分析

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【摘要】：油菜(rapeseed)是世界廣泛種植的油料作物,是世界三大植物油來源之一。其菜籽油不僅可以作為食用油,也是重要的工業(yè)原料。種子是油菜最重要的收獲器官,其發(fā)育程度的好壞直接影響著最終的品質(zhì)和產(chǎn)量。另外,種子包裹在角果皮中,其生長發(fā)育所需的能量物質(zhì)大部分來自于角果皮,角果皮對種子的發(fā)育亦起著關(guān)鍵的作用。關(guān)于種子發(fā)育相關(guān)基因的研究,在模式植物擬南芥中有較多報(bào)道。雖然油菜和擬南芥基因組同源性較高,但由于油菜基因組的高度重復(fù)與基因組重排,很難將其與擬南芥的基因進(jìn)行一一對應(yīng)。同時(shí),相對于擬南芥,油菜種子發(fā)育的調(diào)控過程更為復(fù)雜,并且目前關(guān)于油菜種子發(fā)育相關(guān)基因的鑒定和研究報(bào)道也較少。另外,角果皮作為種子能量物質(zhì)的直接供給者和轉(zhuǎn)運(yùn)媒介,其對種子發(fā)育調(diào)控及影響的研究亦較少。針對這些問題,本研究主要開展了兩方面的工作:1)以開花后21-22天的油菜角果的角果皮和種子為材料,利用油菜95k芯片分析這兩個(gè)器官中的基因表達(dá)差異,為詮釋油菜角果皮和種子間的協(xié)同互作與分工關(guān)系奠定基礎(chǔ);2)根據(jù)油菜角果皮和種子的芯片數(shù)據(jù)分析結(jié)果,挑選若干可能對種子的發(fā)育有重要影響的基因進(jìn)行進(jìn)一步的分析,為利用基因工程的手段改良油菜的產(chǎn)量與品質(zhì)提供重要基因資源。主要的研究結(jié)果如下:1.在油菜角果皮和種子的芯片中一共檢測到17,459個(gè)基因表達(dá)。根據(jù)基因在角果皮和種子中的相對表達(dá)倍數(shù),其中3,278個(gè)為角果皮上調(diào)表達(dá)基因(≥2),2,425個(gè)為種子上調(diào)表達(dá)基因(≤0.5),9,377個(gè)基因在角果皮和種子中沒有表達(dá)差異。由此可見,更多基因傾向于在角果皮中表達(dá),表明角果皮在角果發(fā)育過程中的重要性。2.使用Map Man軟件分析發(fā)現(xiàn):(1)參與光合路徑的基因以及參與物質(zhì)能量轉(zhuǎn)運(yùn)的基因主要在角果皮中上調(diào)表達(dá);而與脂類合成相關(guān)的基因主要在種子中上調(diào)表達(dá)。這與角果皮和種子在角果發(fā)育過程中充當(dāng)?shù)摹霸础焙汀皫臁钡慕巧嘁恢?(2)與次級代謝有關(guān)的基因在角果皮和種子中均較活躍,但卻呈現(xiàn)不同的分布。與類黃酮合成相關(guān)的基因主要在種子中表達(dá),而與萜類以及苯丙素類化合物合成相關(guān)的基因主要富集于角果皮中;(3)大量的轉(zhuǎn)錄因子在角果皮和種子中是差異調(diào)控的,表明角果皮和種子在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控差異的復(fù)雜性。3.根據(jù)芯片的分析結(jié)果,我們挑選了6個(gè)基因進(jìn)行了克隆,分別構(gòu)建了過表達(dá)載體和反義載體,轉(zhuǎn)化了擬南芥和油菜并得到了轉(zhuǎn)基因陽性植株。對過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行表達(dá)水平的檢測,結(jié)果顯示所有過表達(dá)載體均能正常工作,并且各個(gè)轉(zhuǎn)基因系都得到了目的基因高表達(dá)的株系。4.基因的功能初步鑒定結(jié)果顯示:(1)F28K異位超表達(dá)影響了油菜葉片的發(fā)育,但并沒有對擬南芥的生長發(fā)育造成影響。其引起的油菜葉片發(fā)育缺陷可能與細(xì)胞分裂受到影響有關(guān);(2)F11K3過表達(dá)擬南芥植株在萌發(fā)期對Na Cl處理比野生型反應(yīng)更迅速,其突變體較野生型反應(yīng)更遲鈍,而他們在不同濃度Na Cl處理?xiàng)l件下的發(fā)芽率并沒有顯著變化。表明F11K3可能影響了Na+進(jìn)入細(xì)胞的速度;(3)F46過表達(dá)油菜植株在0.3m M的硝酸鹽生長條件下,與野生型生長無差異;在3m M硝酸鹽的生長條件下,其干重顯著高于野生型,表明F46可能為低親和的氮轉(zhuǎn)運(yùn)子,并且能提高油菜對氮素的利用率。
【關(guān)鍵詞】：油菜 角果皮 種子 基因 功能鑒定
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S565.4
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 縮略詞表11-12
• 前言12-20
• 1 角果發(fā)育相關(guān)研究進(jìn)展12-18
• 1.1 角果的發(fā)育及其形態(tài)結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2 油菜角果的生理生化特征13-14
• 1.3 角果發(fā)育相關(guān)基因的研究進(jìn)展14-16
• 1.3.1 角果皮發(fā)育相關(guān)基因研究14-15
• 1.3.2 種子發(fā)育相關(guān)基因研究15-16
• 1.4 種子含油量的基因調(diào)控16-18
• 2 本研究的目的和意義18-20
• 第一章 甘藍(lán)型油菜種子灌漿期角果皮和種子的表達(dá)譜分析20-45
• 1 引言20
• 2 材料和方法20-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料20-21
• 2.1.1 植物材料20
• 2.1.2 試劑耗材20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法21-23
• 2.2.1 材料種植及芯片雜交21
• 2.2.2 芯片數(shù)據(jù)分析21
• 2.2.3 MapMan聚類分析21-22
• 2.2.4 芯片的qRT-PCR驗(yàn)證以及基因在角果發(fā)育后期多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表達(dá)分析22
• 2.2.5 角果皮和種子中類胡蘿卜素和類黃酮含量的測定22-23
• 3 結(jié)果與討論23-43
• 3.1 基因表達(dá)譜的總體分析23-25
• 3.2 芯片數(shù)據(jù)的qRT-PCR驗(yàn)證25-26
• 3.3 角果皮和種子中不同代謝路徑上基因的表達(dá)模式分析26-29
• 3.4 在油菜灌漿期參與光合作用路徑的基因在角果皮中表達(dá)更為活躍29-34
• 3.5 在油菜灌漿期參與脂類合成的基因在種子中表達(dá)更為活躍34-35
• 3.6 次級代謝相關(guān)基因在角果皮和種子中是選擇性調(diào)控的35-37
• 3.7 與轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因在角果皮中表達(dá)更為活躍37-41
• 3.8 角果皮和種子中轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控差異的比較41-42
• 3.9 角果發(fā)育 21-22 天的芯片表達(dá)譜在角果整個(gè)發(fā)育后期均具有代表性42-43
• 4 本章小結(jié)43-45
• 第二章 幾個(gè)種子或角果皮差異表達(dá)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 實(shí)驗(yàn)材料45-46
• 2.1.1 植物材料45
• 2.1.2 質(zhì)粒菌株45
• 2.1.3 試劑耗材45-46
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法46-51
• 2.2.1 候選基因的克隆46-47
• 2.2.2 表達(dá)載體的構(gòu)建47-48
• 2.2.3 反義載體的構(gòu)建48
• 2.2.4 擬南芥轉(zhuǎn)化和油菜轉(zhuǎn)化48-49
• 2.2.5 轉(zhuǎn)基因植株的陽性鑒定及表達(dá)分析49
• 2.2.6 擬南芥突變體的基因型鑒定及表型觀察49-50
• 2.2.7 擬南芥過表達(dá)植株萌發(fā)期和苗期的NaCl脅迫處理50
• 2.2.8 擬南芥過表達(dá)植株的IAA和ABA處理50-51
• 2.2.9 F46 油菜轉(zhuǎn)基因過表達(dá)植株的氮處理51
• 2.2.10 油菜葉片組織學(xué)觀察51
• 2.2.11 油菜終花期莖稈木質(zhì)部染色51
• 3 結(jié)果與分析51-63
• 3.1 候選基因的序列分析及克隆51-53
• 3.2 載體構(gòu)建及油菜和擬南芥轉(zhuǎn)化53-54
• 3.3 油菜和擬南芥各轉(zhuǎn)基因株系的表達(dá)分析54-56
• 3.4 轉(zhuǎn)基因植株的表型觀察與鑒定56-57
• 3.5 擬南芥突變體的表型觀察與鑒定57-58
• 3.6 各候選基因的功能初步探索58-63
• 3.6.1 F11K3 擬南芥過表達(dá)植株在萌發(fā)期對NaCl脅迫更為敏感58-59
• 3.6.2 各轉(zhuǎn)基因構(gòu)建擬南芥過表達(dá)植株對IAA和ABA的反應(yīng)59
• 3.6.3 F46 過表達(dá)提高了油菜對氮素的利用效率59-60
• 3.6.4 F28K過表達(dá)植株的器官變小60-63
• 3.6.4.1 F28K影響了細(xì)胞分裂61-62
• 3.6.4.2 F28K影響了木質(zhì)素的合成62-63
• 4 討論63-66
• 4.1 油菜和擬南芥中基因功能的非共線性63-64
• 4.2 F11K3 過表達(dá)可能加快了Na+進(jìn)入細(xì)胞的速度64
• 4.3 F46 基因在油菜中的功能64-65
• 4.4 F28K過表達(dá)影響了油菜葉片的發(fā)育65-66
• 5 小結(jié)與展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 附圖75-78
• 附表78-94
• 附錄94-95
• 作者簡介94
• 在讀期間發(fā)表的論文94
• 申請專利94-95
• 致謝95-96

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 官春云;;中國油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向[J];糧食科技與經(jīng)濟(jì);2011年02期

2 熊秋芳;文靜;李興華;沈金雄;;中國油菜科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J];中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào);2014年03期

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本文編號：562029