普通白菜(Brassica rapa L.var.communis)和紅菜薹(Brassica rapa L.var.purpurea)均是十字花科蕓薹屬蔬菜作物。作為葉用和薹用蔬菜,其植物組織(葉片和薹莖)表皮蠟質(zhì)性狀是一種重要商品性狀,挖掘控制蠟質(zhì)的相關(guān)基因?qū)ζ浞肿訖C(jī)理進(jìn)行研究,具有十分重要的應(yīng)用和理論價值。另外,紅菜薹起源我國,含有豐富的花青素,而植物中天然的花青素具有特殊的生理功能,如抗氧化,抑制癌細(xì)胞、預(yù)防心腦血管疾病等,因此,開展紅菜薹中花青素苷合成代謝相關(guān)基因的遺傳、基因克隆及其分子機(jī)理的研究,顯得尤為必要。綜上所述,以普通白菜(青梗菜)和紅菜薹為研究對象,分別針對普通白菜(青梗菜)和紅菜薹的表皮蠟質(zhì)性狀、紅菜薹的紅色性狀,開展3個品質(zhì)性狀的遺傳分析、基因克隆以及分子機(jī)理研究,對于促進(jìn)白菜類蔬菜的品質(zhì)育種,探究組織表皮蠟質(zhì)和花青素合成代謝分子機(jī)理,都有很重要的理論和應(yīng)用價值。本課題主要包括三個部分,第一部分為普通白菜(青梗菜)蠟質(zhì)基因的克隆和相關(guān)分析;第二部分為紅菜薹蠟質(zhì)基因的克隆和相關(guān)分析;第三部分為紅菜薹紅色性狀pur07基因的克隆和相關(guān)分析。主要研究結(jié)果如下:1.蠟質(zhì)缺失體的表型分析和遺傳規(guī)律分析無蠟質(zhì)突變體普通白菜自交不親和系13S126和紅菜薹3號均具有葉片和薹莖光亮的特點(diǎn),同時葉片表面和薹莖表面的蠟質(zhì)晶體缺失嚴(yán)重。掃描電鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)兩個蠟質(zhì)突變體的葉片和薹莖表面蠟質(zhì)結(jié)晶顯著減少。透射電鏡(TEM)觀察發(fā)現(xiàn)兩個突變體的薹莖片角質(zhì)層厚度明顯增厚,同時自交系13S126葉片的角質(zhì)層厚度也有所增厚。生理實(shí)驗(yàn)表明兩個蠟質(zhì)突變體的細(xì)胞通透性都有所增高。GC-MS測定顯示自交系13S126蠟質(zhì)缺失成分包括烷烴類、醇類、脂肪酸類、酮類和蠟脂,而無蠟質(zhì)紅菜薹3號蠟質(zhì)缺失成分主要是初級醇類。以無蠟質(zhì)自交系13S126和有蠟質(zhì)自交系13S106為親本構(gòu)建F1代和F2代,其中F1代群體葉面均覆蓋有蠟質(zhì),F2代群體中有蠟質(zhì)和無蠟質(zhì)植株的分離比例符合3:1,推測自交系13S126蠟質(zhì)缺失性狀由1對隱性基因控制。2.普通白菜中蠟質(zhì)基因Br CER1的同源克隆和群體驗(yàn)證在同源克隆技術(shù)基礎(chǔ)上,克隆Br CER1基因,該基因是CER1的同源基因。通過序列比對發(fā)現(xiàn)Brcer1基因在無蠟質(zhì)自交系13S126存在39-bp的序列丟失。同時,在一個F2群體(488個單株)中,根據(jù)丟失區(qū)域開發(fā)的基因特異引物顯示與無蠟質(zhì)性狀單株共分離。因此將Br CER1基因作為控制自交系13S106蠟質(zhì)性狀的候選基因。Br CER1基因的表達(dá)量在無蠟質(zhì)自交系13S126下降。3.紅菜薹中蠟質(zhì)基因Br CER4的精細(xì)定位和克隆利用遺傳方法成功將紅菜薹3號無蠟質(zhì)定位于1號染色體的標(biāo)記M69和M87之間,兩個標(biāo)記之間的物理距離為272.3 kb,該定位區(qū)間內(nèi)有兩個與蠟質(zhì)合成相關(guān)的基因,Bra011487和Bra011470。通過序列比對發(fā)現(xiàn),CER4同源基因-Bra011470(Br CER4)在無蠟質(zhì)紅菜薹3號中存在39bp序列丟失,同時據(jù)此所開發(fā)的標(biāo)記與無蠟質(zhì)重組單株(34株)共分離。因此將Br CER4基因作為紅菜薹中蠟質(zhì)性狀的候選基因。4.BrCER1基因和Br CER4基因的表達(dá)量分析和轉(zhuǎn)錄本分析利用半定量RT-PCR和實(shí)時熒光RT-PCR實(shí)驗(yàn)對Br CER1基因和Br CER4基因的表達(dá)量進(jìn)行分析,Br CER1基因和Br CER4基因的表達(dá)量分別在兩個突變體中下降。同時對轉(zhuǎn)錄本序列的分析發(fā)現(xiàn),Brcer1基因在無蠟質(zhì)自交系13S126中有2個轉(zhuǎn)錄本,存在選擇性剪切;而Brcer4基因在無蠟質(zhì)紅菜薹3號中也存在選擇性剪切,有4個轉(zhuǎn)錄本。因此推測Brcer1基因和Brcer4基因中分別存在的39bp序列丟失引起m RNA的選擇性剪切是導(dǎo)致普通白菜自交系13S126和紅菜薹3號的無蠟質(zhì)表型原因。5.Brcer1基因和Brcer4基因在普通白菜和紅菜薹種質(zhì)資源中的分布在Brcer1基因和Brcer4基因中39bp序列丟失區(qū)域分別開發(fā)基因特異標(biāo)記Gene-s1和Gene-s4對無蠟質(zhì)普通白菜和無蠟質(zhì)紅菜薹種質(zhì)資源的擴(kuò)增表明,Brcer1基因只控制一部分普通白菜自交不親和系的無蠟質(zhì)表型,而Brcer4基因只控制本研究中收集的紅菜薹自交系的無蠟質(zhì)表型。6.逆境條件下Br CER1基因和Br CER4基因的表達(dá)量變化通過對有蠟質(zhì)普通白菜自交不親和系13S106和有蠟質(zhì)紅菜薹D×W進(jìn)行干旱、冷害和鹽害處理,結(jié)果表明在Br CER1基因和Br CER4基因在不同處理?xiàng)l件下,表達(dá)量的變化也不盡相同。在干旱處理下下,普通白菜中Br CER1基因表達(dá)量在處理后24h最高,而紅菜薹中Br CER4基因的表達(dá)量最高是在處理后的48h;在冷害處理下,普通白菜中Br CER1基因在處理后6h達(dá)到最高表達(dá)量,而紅菜薹中Br CER4基因的表達(dá)量最高是在處理后12h;在鹽害處理?xiàng)l件下,普通白菜中Br CER1基因表達(dá)量最高也是在處理后的6h,而紅菜薹中Br CER4基因的表達(dá)量則是在處理后24h;7.紅菜薹中紅色基因pur07的精細(xì)定位和相關(guān)分析在前人對紅色基因pur07初定位的基礎(chǔ)上,通過開發(fā)分子標(biāo)記和候選基因分析,將存在序列差異的Bra004162作為候選基因,該基因與MYB90同源。在紅色植株的啟動子區(qū)域存在5,409bp的序列插入,同時在第三個外顯子上存在一個堿基的替換(G替換為A)引起一個氨基酸的改變(G變?yōu)镈)。依據(jù)SNP差異開發(fā)的CAPS標(biāo)記pur07-1顯示與綠色性狀(145株)共分離。此外pur07基因的表達(dá)量在紅色植株中上調(diào)。56-4分離群體(F2:3代)中表型為深紅(H)的紅色植株中花青素含量大小依次為:薹莖葉蕾角果;表型為淺紅(M)的紅色植株中花青素含量的大小依次為:莖葉。其中深紅(H)的薹莖含量最高,達(dá)到8.5mg/g,含量最低的部位是淺紅(M)的葉,不足1mg/g。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S634
【部分圖文】：

圖 1.1 表層蠟質(zhì)中的主要酰基脂肪酸成分（Yeats and Rose 2013）Fig 1.1 Major acyl-lipid classes found in cuticular waxes (Yeats and Rose 2013)

圖 2.1 13S106 和 13S126 的表型Fig 2.1 The phenotype of 13S106 and 13S126體表面蠟質(zhì)的細(xì)胞學(xué)特征

圖 2.2 a 掃描電鏡： 13S126 （glossy）圖片的觀察倍數(shù)為 1000 倍，bars 值為 10 μm；13S1（WT）圖片的觀察倍數(shù)為 1500 倍，bars 值為 10 μm；b 透射電鏡：所有圖片 bars 值均為 nm
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8 ;全基因表達(dá)分析標(biāo)準(zhǔn)方法存在重大缺陷[J];中華肺部疾病雜志(電子版);2012年06期

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本文編號：2849771