甘藍(lán)型油菜(Brassica napus L.,2n=38,AACC)屬于十字花科(Cruciferae)蕓薹屬(Brassica),不僅是一種重要的油料作物,也是動(dòng)物蛋白飼料的重要來源之一。木質(zhì)素是一種高分子芳香族聚合物,是細(xì)胞壁的主要組分之一。然而,種皮中過量的木質(zhì)素會(huì)降低菜籽餅粕的可利用性,制約菜籽餅粕的發(fā)展。為了減少油菜種皮的木質(zhì)素含量,降低皮殼率,提高餅粕的飼用價(jià)值,本研究篩選了重組自交系的高木質(zhì)素和低木質(zhì)素材料進(jìn)行研究,旨在探究造成甘藍(lán)型油菜種皮木質(zhì)素含量差異的原因,挖掘種皮木質(zhì)素生物合成過程的關(guān)鍵調(diào)控因子,主要結(jié)論如下:1、甘藍(lán)型油菜種皮高/低木質(zhì)素極端材料的篩選通過分析連續(xù)兩年172份甘藍(lán)型油菜重組自交系材料籽粒的近紅外掃描數(shù)據(jù),篩選出高木質(zhì)素材料(ADL含量為2.49%~4.70%)和低木質(zhì)素材料(ADL含量為0.97%~1.34%)各五種材料。高木質(zhì)素材料的籽粒表現(xiàn)為黑灰色(黃籽度為47.45~67.35);低木質(zhì)素材料的籽粒表現(xiàn)為姜黃色(黃籽度為116.58~144.71)。2、甘藍(lán)型油菜高/低木質(zhì)素材料籽粒的性狀分析高木質(zhì)素材料籽粒的皮殼率為15.26%~18.76%,而低木質(zhì)素材料為10.94%~12.26%,高木質(zhì)素材料籽粒的皮殼率明顯高于低木質(zhì)素材料。高、低木質(zhì)素材料的平均含油量分別為36.70%~40.99%、37.60%~42.63%;高、低木質(zhì)素材料的平均蛋白質(zhì)含量分別25.58%~28.25%、27.80%~30.89%,低木質(zhì)素材料的含油量和蛋白質(zhì)含量高于高木質(zhì)素材料。3、甘藍(lán)型油菜高/低木質(zhì)素材料種皮的切片觀察對(duì)高/低木質(zhì)素材料成熟籽粒種皮切片進(jìn)行顯微觀察。結(jié)果顯示,高木質(zhì)素材料籽粒的種皮比低木質(zhì)素材料厚,尤其是柵欄層,說明木質(zhì)素含量會(huì)影響種皮厚度。對(duì)開花后40 d和成熟籽粒冷凍切片進(jìn)行間苯三酚染色,高木質(zhì)素材料種皮的內(nèi)皮層與柵欄層細(xì)胞壁被間苯三酚染成紅色,染色不明顯。4、高/低木質(zhì)素材料的轉(zhuǎn)錄組分析將開花后35、40和46天(Days After Flowering,DAF)三個(gè)發(fā)育時(shí)期的種皮和種胚進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序�；趞log_2(fold change)|≥1,FDR0.01篩選差異表達(dá)基因(differentially expressed genes,DEGs),共篩選到15030個(gè)DEGs。在GO富集分析中,上調(diào)和下調(diào)基因均富集到細(xì)胞、細(xì)胞器、轉(zhuǎn)運(yùn)活性和代謝過程等。經(jīng)過TopGO分析,發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因主要富集到細(xì)胞壁、次級(jí)代謝過程、肉桂酸生物合成過程、苯丙氨酸解氨酶活性等。接著,對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行KEGG代謝通路富集分析,發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因主要富集到苯丙氨酸代謝、氨基酸生物合成、類黃酮生物合成等生物合成代謝過程。對(duì)苯丙烷-木質(zhì)素-類黃酮途徑DEGs進(jìn)行聚類分析,大部分的相關(guān)基因在高木質(zhì)素材料種皮中上調(diào)表達(dá)。位于上游的苯丙烷途徑中,編碼PAL、C4H和4CL三種酶的DEGs表達(dá)量較高;木質(zhì)素合成的特異途徑中,BnCCoAOMT和BnCOMT家族成員的表達(dá)量較高,推測在種皮中主要由G型和S型木質(zhì)素組成。在種皮發(fā)育的35、40和46 DAF三個(gè)時(shí)期,BnPAL和BnC4H基因家族的全部成員在高木質(zhì)素材料種皮中的表達(dá)量明顯高于低木質(zhì)素材料,Bn4CL基因家族的大部分成員也呈現(xiàn)此趨勢。對(duì)PAL、C4H和4CL家族的差異表達(dá)基因所受調(diào)控的miRNA進(jìn)行預(yù)測,bna-miR172c、bna-miR396a和bna-miR172b調(diào)控的基因數(shù)目最多。對(duì)PAL、C4H和4CL家族的差異表達(dá)基因進(jìn)行互作蛋白的預(yù)測,發(fā)現(xiàn)BnC4H-4互作蛋白數(shù)目最多。編碼赤霉素20-氧化酶3的BnGA20OX3上調(diào)表達(dá),編碼生長素相關(guān)蛋白的BnAuxin下調(diào)表達(dá),編碼茉莉酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶的BnJMT上調(diào)表達(dá),可能是造成甘藍(lán)型油菜種皮高/低木質(zhì)素含量差異的原因。8個(gè)編碼NAC轉(zhuǎn)錄因子的DEGs在高木質(zhì)素材料種皮發(fā)育的3個(gè)時(shí)期,均上調(diào)表達(dá),其中BnNAC080和BnNAC083差異倍數(shù)較大,BnMYB9、BnMYB9-1、BnMYB60和BnMYB60-1上調(diào)表達(dá),BnMYB91下調(diào)表達(dá),可能調(diào)控木質(zhì)素合成途徑下游的結(jié)構(gòu)基因。對(duì)篩選出的23個(gè)關(guān)鍵基因進(jìn)行qRT-PCR,與轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果一致。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S565.4
【部分圖文】：

圖 1.1 木質(zhì)素生物合成途徑 (Vanholme et al., 2010)Fig. 1.1 A Scheme of Lignin Biosynthesis (Vanholme et al., 2010)phenylalanine ammonia-lyase, PAL），肉桂酸-4-羥化酶（cinnamate 4-hydroxylase, C4H），4 ligase, 4CL），莽草酸/奎尼酸羥基肉桂酰轉(zhuǎn)化酶（hydroxycinnamoyl-CoA shikimate/quinate tracoumarate 3-hydroxylase, C3H），5-羥基阿魏酰輔酶A-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（caffeoyl-CoA-O-m輔酶A還原酶（cinnamoyl CoA reductase, CCR），阿魏酸-5-羥化酶（ferulate 5-hydroxylase, F5移酶（caffeic acid O-methyltransferase, COMT），肉桂醇脫氫酶（cinnamyl alcohol dehydrogense, PER），LAC：漆酶（Laccase, LAC）。一種 P450 細(xì)胞色素酶，催化香豆酰輔酶 A 羥基化形成咖啡 2002)。香豆酰輔酶 A 是一個(gè)分支，在此分為兩個(gè)方向，一 H 型木質(zhì)素，另一個(gè)由 C3H/HCT 催化進(jìn)行一系列的反應(yīng)。Ralph 等(2012)將楊樹 C3H 的表達(dá)水平降低，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素顯著增加了 H 型木質(zhì)素的含量。HCT 處于 C3H 羥基化反化完成香豆酰輔酶 A 到咖啡酰輔酶 A 的轉(zhuǎn)化。在擬南芥中 HCT 基因沉默，發(fā)現(xiàn)基因沉默導(dǎo)致植株矮化表型和木質(zhì)素，則表現(xiàn)為苯丙素的減少和木質(zhì)素含量的下降，特別是 S

圖 4.1 甘藍(lán)型油菜高/低木質(zhì)素的成熟種子種皮顏色觀察Fig. 4.1 The color of mature seeds coat with (A) H- and (B) L-lignin注：（A）高木質(zhì)素；（B）低木質(zhì)素。標(biāo)尺，2 mm。Note: (A) High-Lignin. (B) Low-Lignin. Bar, 2mm.4.2 高/低木質(zhì)素材料種子性狀分析對(duì)篩選出的高/低木質(zhì)素含量的材料進(jìn)行種子品質(zhì)性狀分析，2014 年高、低木質(zhì)素材料的平均含油量分別為 36.70%、37.60%，2015 年高、低木質(zhì)素材料的平均含油量分別為 40.99%、42.63%。2014 年高、低木質(zhì)素材料的平均蛋白質(zhì)含量分別28.25%、30.89%，2015 年高、低木質(zhì)素材料的平均蛋白質(zhì)含量分別為 25.58%、27.80%（表 4.2）。表 4.2 甘藍(lán)型油菜種子高/低木質(zhì)素籽粒的品質(zhì)性狀分析Table 4.2 Analysis of quality traits of H/L-lignin seeds in Brassica napus L.2014 年 2015 年重組自交系編號(hào)RIL ID含油量（%）Fat蛋白質(zhì)含量（%）Protein黃籽 R 值Degree ofyellow-seeded含油量（%）Fat蛋白質(zhì)含量（%）Protein黃籽 R 值Degree ofyellow-seededRIL436.3027.4647.4539.0125.7955.44

圖 4.2 極端材料千粒重的統(tǒng)計(jì)ical analysis of the 1000-grain weight of ex表存在 1%和 5%水平上的差異，即 P<0.01 和 P <0.05。letters represent significance (α) at 0.05 and 0.01, respective料種子皮殼率分析質(zhì)素含量是否對(duì)籽粒的皮殼率有影質(zhì)素材料 RIL14、RIL162 和 P174，其皮殼率。高木質(zhì)素材料籽粒的皮94%~12.26%（圖 4.3），高木質(zhì)素材.3），因此我們推測高木質(zhì)素籽粒的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2826965