胡蘿卜的瓣化型雄性不育系是胡蘿卜雜交育種過程中的主要應(yīng)用類型,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其不育性是由于花發(fā)育過程中雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)引起的,因此瓣化型CMS不僅是研究核質(zhì)互作的理想材料,也是研究花的同源異型轉(zhuǎn)變的重要材料。然而長期以來對瓣化型CMS的發(fā)生機(jī)制的研究主要集中于線粒體基因,對核上基因的研究較少并且沒有從整體水平上研究CMS的形成機(jī)理,到目前為止CMS產(chǎn)生的分子機(jī)制仍不明確。本研究以胡蘿卜瓣化型CMS系(P2S)及其保持系(P2M)為材料,首先利用掃描電鏡對處于不同發(fā)育時(shí)期(T1-T4)的P2S和P2M的花序發(fā)育過程進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察分析,然后對處于四個(gè)花發(fā)育時(shí)期的不育系及保持系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,從整體上對胡蘿卜瓣化型CMS產(chǎn)生的原因進(jìn)行初步解析。掃描電鏡觀察結(jié)果表明:T1時(shí)期,莖尖組織中央萌發(fā)出一個(gè)頂端分生組織;T2時(shí)期,內(nèi)部萌發(fā)有小花原基的未成熟的小花序在總花序外圍出現(xiàn),并且總花序的中間依然存在大量的小花序原基;T3時(shí)期,小花序逐漸發(fā)育成熟,并且在小花序內(nèi)部萌發(fā)出大量花原基;T4時(shí)期,小花序內(nèi)部的小花原基發(fā)育成未成熟的小花。經(jīng)過Illumina測序,總共獲得了426,863,333條高質(zhì)量的雙端clean reads,每個(gè)cDNA文庫表達(dá)的基因在23621到26200之間。同時(shí)獲得2838個(gè)差異表達(dá)基因,其中在不育系中有1495個(gè)基因顯著下調(diào),1343個(gè)基因顯著上調(diào)。相比于不育系,分別有217、470、1355、796個(gè)基因在處于T1、T2、T3和T4時(shí)期的保持系中差異表達(dá)。大量的差異表達(dá)基因參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和苯丙素生物合成途徑。21個(gè)參與植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和22個(gè)參與苯丙素和類黃酮生物合成途徑的差異表達(dá)基因在T3時(shí)期的不育系中表達(dá)顯著下調(diào)。此外,12個(gè)參與氧化磷酸化過程的線粒體基因包括5個(gè)ATP合酶、4個(gè)細(xì)胞色素c氧化酶以及3個(gè)NADH脫氫酶基因在T3時(shí)期的不育系中呈低水平表達(dá),顯著低于保持系中表達(dá)水平。不育系中13個(gè)PPR蛋白相關(guān)基因在T2時(shí)期表達(dá)量顯著低于保持系的表達(dá)量,但是其中9個(gè)差異基因在T3時(shí)期表達(dá)量顯著上調(diào)并且超過保持系的表達(dá)量。相似地,22個(gè)參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工通路的熱激蛋白相關(guān)基因在T2-T4時(shí)期不育系中的表達(dá)顯著上調(diào)。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)9個(gè)花器官發(fā)育相關(guān)的MADS-box基因在不育系和保持系之間差異表達(dá),其中DcPI、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2時(shí)期不育系中表達(dá)量顯著低于保持系中的表達(dá)量,可能是導(dǎo)致雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵原因。然而從T2到T3時(shí)期,9個(gè)MADS-box基因的表達(dá)量突然上升并超過保持系中的表達(dá)量。該現(xiàn)象與PPR相關(guān)蛋白基因以及熱激蛋白基因在T3時(shí)期的表達(dá)趨勢相一致。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S631.2
【部分圖文】：

的四突變體重，所有的花器官轉(zhuǎn)變?yōu)闋I養(yǎng)生長期的葉片（Ditta et al.，2004）。該類基因能ABCD 類基因共同作用，參與所有四輪花器官的發(fā)育調(diào)控，因此被歸類于 E 類基因，這樣 AB模型最終形成（圖 1.1），該模型不僅是必要的，而且能夠充足地解釋被子植物所有輪花器形成機(jī)理，對花發(fā)育的研究至關(guān)重要。鑒于 ABC 模型和 ABCDE 模型均是在基因?qū)用娼忉尰ㄆ鞴俚恼{(diào)控的分子機(jī)理，而且并解釋不同的同源異型基因之間是如何相互作用的。通過對 MADS-box 蛋白的研究，Theissen發(fā)育的研究從基因?qū)用嫔钊氲降鞍讓用娌⑶沂状翁岢龌ㄆ鞴侔l(fā)育的“四因子模型”（Theis2001）（圖 1.1）。該模型表明花的同源異型蛋白之間通過形成四聚體而不是單獨(dú)的二聚體制花器官的發(fā)育。通過電泳遷移率變動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)和酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)證明，控制花器官發(fā)育的能夠形成同源或異源二聚體，二聚體繼而形成三元或四元蛋白復(fù)合體，從而調(diào)控花器官形成擬南芥的研究中，蛋白復(fù)合體 AP1-AP1-SEP-SEP 決定第一輪花器官萼片的形成；AP1-AP3-P能夠調(diào)控第二輪花器官花瓣的發(fā)育；蛋白復(fù)合體 AP3-PI-AG-SEP 決定了雄蕊的發(fā)AG-AG-SEP-SEP 蛋白復(fù)合體決定心皮的形成； AG-SEP-SHP-STK 復(fù)合體控制胚珠的（Theissen et al.，2016）。四聚體模型中，MADS 蛋白之間首先形成二聚體，這些二聚體能基因調(diào)控區(qū)的 CArG 元件特異結(jié)合，二聚體再通過Ｃ末端與其他轉(zhuǎn)錄因子蛋白聚合形成四聚激活或者抑制靴基因的表達(dá)，從而調(diào)控花器官的形成（Melzer and Theissn，2009；Melzer e2009）。

A 污染和其他污染。利用 2-ΔΔCt法計(jì)算基因的相對表達(dá)量（Livak et al.，2001）。q-PCR 反應(yīng)體系：SYBR Premix Ex TaqTM（Tli RNaseH Plus） 10.0 μLForward primer（10 μM） 1.0 μLReverse primer（10 μM） 1.0 μLcDNA 2.0 μLRNase Free ddH2O 6.4 μLTotal 20 μL2 結(jié)果與分析.1 胡蘿卜瓣化型 CMS 系與保持系花器官表型觀察胡蘿卜瓣化型 CMS 不育系 P2S 與正�？捎谋３窒� P2M 相比表型為：雄蕊完全消的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，沒有花藥與花絲結(jié)構(gòu)，同時(shí)原來白色的花瓣也呈現(xiàn)為綠色的花瓣，然條件下的雄性不育系穩(wěn)定（圖 2.1）。保持系的花與 ABC 模型相符合，由外到內(nèi)五枚白色的花瓣、內(nèi)輪 5 枚雄蕊、最內(nèi)部為雌蕊（心皮），雄蕊含有正常育性的花藥

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本文編號(hào)：2807784