發(fā)布時間：2020-07-07 23:52

【摘要】：花柱異型自交不親和(Self-incompatibility,SI)是植物為了促進蟲媒授粉進化形成的一種重要的繁殖機制,開花植物中至少28個科存在花柱異型現(xiàn)象,大部分花柱異型植物都是自交不親和的。報春花科報春花屬(Primula)植物作為研究花柱異型植物的模式物種一直受到植物學家的關(guān)注,然而控制花柱異型以及自交不親和性狀的關(guān)鍵基因以及分子調(diào)控機制仍未知。本研究設(shè)置胭脂花(Primula maximowiczii Regel)和小報春(Primula forbesii Franch.)不同授粉組合,進行授粉后的雌蕊轉(zhuǎn)錄組測序,通過對型間雜交親和與自交不親和反應中轉(zhuǎn)錄表達基因的生物信息學和表達分析,挖掘兩種報春花花柱二型自交與型間雜交親和性的關(guān)鍵基因,為探究胭脂花與小報春自交不親和的分子調(diào)控機制奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下:1.胭脂花和小報春都是典型的花柱二型植物,長、短花柱花差異明顯。胭脂花長、短花柱的乳突細胞長度存在顯著差異,而花柱細胞大小差異不顯著;小報春長、短花柱的乳突細胞長度也存在顯著差異,而長花柱的細胞顯著比短花柱的長。2.通過胭脂花長花柱不親和(PS)與親和(PT)、短花柱不親和(TS)與親和(TP)處理的比較(PS vs PT、TS vs TP),獲得長花柱花與親和性相關(guān)的差異表達基因1311個,短花柱花與親和性相關(guān)的差異表達基因1048個,其中93.68%的差異基因在長、短花柱的中表達不一致。差異基因分析顯示,應激反應、能量代謝以及碳水化合物代謝等通路的基因參與了胭脂花親和與不親和反應過程,特別是病原菌互作通路與胭脂花的親和性顯著相關(guān)。采用Tunel染色法觀察授粉后花粉管中的程序性細胞死亡,發(fā)現(xiàn)在長、短花柱的SI反應中存在一定程度的程序性細胞死亡(PCD)。另外,通過長花柱兩個處理組合與短花柱兩個處理組合的兩兩比較,獲得可能與花柱二型特征相關(guān)的差異表達基因826個,其中554個差異基因在長花柱處理中特異高表達,268個在短花柱處理中特異高表達。這些基因顯著富集到蛋白酶體與核糖體等相關(guān)通路。3.小報春轉(zhuǎn)錄組測序組裝得到114 474個unigenes,有29 899個基因注釋到GO庫,有7 775個基因注釋到KEGG庫。獲得小報春長、短花柱花與親和性相關(guān)的差異表達基因242個,其中約90%差異基因在在PS vs PT與TS vs TP中表達不一致,這個結(jié)果與胭脂花一致。差異基因分析表明,長花柱雜交親和與自交不親和特異表達基因主要富集到碳水化合物代謝過程與超氧化物代謝相關(guān)通路,而短花柱親和性差異基因主要富集到細胞壁組織與細胞代謝等相關(guān)通路。另外,獲得小報春長、短花柱中差異表達的基因28個,其中長花柱特異高表達基因有19個,短花柱特異高表達基因有5個,這些基因富集到碳水化合物、細胞分化等通路。4.對胭脂花與小報春的兩個轉(zhuǎn)錄組進行比較分析,胭脂花與小報春共有的同源基因家族有13664個,其中單拷貝基因家族有7 154個。對胭脂花與小報春的單拷貝同源基因家族基因進行Ka/Ks分析,獲得受正向選擇的同源基因282個。這些基因顯著富集到細胞過程、植物病原菌通路。另外,獲得胭脂花與小報春5對與長花柱親和性相關(guān)的同源基因,4對與短花柱親和性相關(guān)的同源基因,以及可能與胭脂花以及小報春的花柱異型相關(guān)的29對同源基因。5.從胭脂花與小報春轉(zhuǎn)錄組中分別篩選出17個表達較穩(wěn)定的候選內(nèi)參基因,對長、短花柱花的花發(fā)育、花部器官、植物器官、授粉雌蕊和耐熱處理等5類植物組織進行內(nèi)參基因篩選,其中PmGAPDH在胭脂花的植物器官、授粉雌蕊和耐熱處理中表現(xiàn)最穩(wěn)定,PmATP與PfEF-1α分別在花發(fā)育和花部器官中表達最穩(wěn)定;PfEIF5A在小報春植物器官和授粉雌蕊中表達最穩(wěn)定,PfRPⅡ、PfSAND和PfSKP1分別在花發(fā)育、授粉雌蕊和耐熱處理中表達最穩(wěn)定。選擇胭脂花和小報春AG、CHS、CML和HSP70等同源基因?qū)Ψ�(wěn)定內(nèi)參進行驗證,結(jié)果表明它們表達穩(wěn)定。6.成功克隆胭脂花PmCML19和小報春PfCML19基因全長,構(gòu)建PmCML19和PfCML19植物表達載體,瞬時侵染煙草葉片,進行亞細胞定位的觀察,發(fā)現(xiàn)這兩個基因在細胞核與細胞膜上都有分布。PmCML19和PfCML19在親和與不親和處理中表達差異,表明它們與胭脂花和小報春的親和性相關(guān)。另外,對7對胭脂花和小報春與親和性相關(guān)的同源基因、15對與花柱二型特征相關(guān)的同源基因在雜交組合以及花部器官組織中的表達模式分析,結(jié)果表明7對與親和性相關(guān)的同源基因在胭脂花與小報春型間雜交與自交處理中表達差異,另外獲得1對在長花柱特異表達的同源基因。本研究通過分析胭脂花與小報春型間雜交與自交不親和的轉(zhuǎn)錄組,獲得了大量與報春花親和性以及花柱二型相關(guān)的差異基因。這些數(shù)據(jù)將為挖掘調(diào)控胭脂花與小報春自交不親和以及花柱二型特征的重要基因提供基礎(chǔ),為進一步研究它們關(guān)于花柱二型自交不親和的分子機制提供新的數(shù)據(jù)和重要的理論參考。
【學位授予單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S682.15
【圖文】：

逑化，引起辦0７似／的降解，最后抑制花粉的萌發(fā)，導致了邋ＳＩ的發(fā)生（Ｆｒａｎｋｌｉｎ－Ｔｏｎｇ，逡逑２００８）。對這些結(jié)果進行總結(jié)歸納，示意圖如下（圖１－２）。逡逑廣茄科ｇｓｉ邐ｒ＾資栜⑶邐＾邋ｒ邋；：；ｓ：ｉ（４ｓｓｉ邐＾逡逑ｐｒｐｓ邐ＳＰ１１邋ＳＣＲ逡逑ＳＬＦ邋ＳＢＦ邐丨R%邐｜邋ｉＵ邋別逡逑ｉ邋ｕ！R%邐Ｐｌ］ｓ，，作邐ｓｒｋ逡逑？邐士邐」邐ｉ邐Ｔ７ｆ１：逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ邐Ｃａ：＋、Ｋ＋流變化邐ＭＩ邋ＰＫ逡逑ｉ邋Ｔ作邐Ａｃｔｉｎ解聚ｆ邋ＭＡＰＫ激沾、逡逑Ｓ－ＲＮａｓｅ邋以忭作川邐ＲＯＳ、ＮＯ邐Ａｋ｜逡逑｜邐故＾曑邐~|｜ＥＩ』、°逡逑ＲＮＡ邋降解邐４．邐＋邐Ｗｆｂ逡逑Ｉ邐擰丨ｉ．：性細狍Ｍｉｌ＼．邋（ＰＣＤ）邐Ｅｘｏ７０Ａｌ逡逑１邐ｉ邐ｉ逡逑花粉的抑|簇�、、／？逦花粉的抑|從﹀位ǚ鄣囊種品矗鈴義希皺澹叔澹鰣巍懾危澹觶擼擼擼咤澹叔義賢跡保膊煌越徊磺綴拖低車姆腫踴剖疽饌�。辶x希疲椋紓澹保插澹櫻耄澹簦悖楨澹恚幔皰澹錚駑澹恚錚歟澹悖酰歟幔蟈澹恚澹悖瑁幔睿椋螅恚簀澹錚駑澹洌椋媯媯澹潁澹睿翦澹螅澹歟媯椋睿悖錚恚穡幔簦椋猓椋歟椋簦澹螅螅簦澹恚螅義希保脖ù夯ɑㄖ妥越徊磺綴脫芯拷瑰義媳ù夯ǹ票ù夯ㄊ糝參鐫諶瀾緋矗埃壩嘀鄭渲性加校梗埃サ謀ù夯ㄎ鎦志咤義嫌謝ㄖ妥越徊磺綴拖低常ǎ祝澹洌洌澹潁猓酰潁鑠澹幔睿溴澹遙椋悖瑁幔潁洌�，邋１９９０）。灾]械幕ㄖ臀镥義現(xiàn)種�，两旨埢配类型是窚\２灰謊�，它们分冰槣\せㄖǎǎ穡椋睿┖投袒ㄖǎǎ簦瑁潁酰恚�，辶x銑せㄖǖ幕ㄖ銑

本文編號：2745796