中國黃連木(Pistacia chinensis Bunge)是荒山綠化、用材、觀賞樹種,因其果實含油率40%以上,現(xiàn)成為北方重點發(fā)展的生物能源樹種。但其為雌雄異株且缺乏良種,造成人力、地力的浪費及產(chǎn)量的低而不穩(wěn)。項目組發(fā)現(xiàn)了罕見的雌雄同株資源,為探究其生物學特性、起源及花發(fā)育機制,本研究利用雌雄同株與雌雄異株材料,探究了不同性別類型黃連木表型特征、不同性別表現(xiàn)的部位DNA分子標記、性別穩(wěn)定性、花芽分化與花器發(fā)育過程,并取性別分化關鍵期的各性別花芽進行了 RNA轉錄組及Small RNA測序,初步篩選出影響性別決定的關鍵基因后,對候選基因進行了功能驗證。主要結果如下:1.在河南、河北共發(fā)現(xiàn)99株雌雄同株黃連木,兩地均包括雌雄同株不同枝、雌雄同株同枝、雌雄同花序和雌雄同花類型。對其中23株展開詳細調查,發(fā)現(xiàn)河北雌雄同株比例占當?shù)攸S連木的15%,兩性花小花外觀與雄花相似,但其花序顯著大于雄花序而小花數(shù)量差異不顯著,故小花間距較大。花序、小花器官等變異情況多樣,如花藥數(shù)有1-6枚等。雌雄同株的開花散粉物候期變化較大,進一步授粉試驗證明雌雄配子體均可育,兩性花可自花授粉。2.用24對已在黃連木屬植物中進行性別鑒定的引物及針對特異條帶設計的16對特異引物,對雌株、雄株、雌雄同株上雌、雄、兩性部位的DNA進行擴增,發(fā)現(xiàn)差異條帶為不同植株或群體間的多態(tài)性結果,與性別無關。同一棵雌雄同株不同性別部位的擴增帶均完全一致。3.雌雄同株不同性別部位采集接穗嫁接后的性別表現(xiàn)與接穗性別不完全一致;雌雄同株大樹上單枝性別可在一年內轉變,說明特異性別并非起源于穩(wěn)定的芽變。4.石蠟切片結果發(fā)現(xiàn)各性別類型在花發(fā)育早期均存在花原基兩性期,第一年分化出雌性器官優(yōu)先(雄蕊原基退化成第二輪被片,形成雌花)或雄性器官優(yōu)先(雌蕊原基逐漸消失)兩種類型,第二年雄性器官優(yōu)先型可發(fā)育成雄花(無雌蕊原基)或兩性花(再次形成雌蕊原基)。內部發(fā)育過程可通過外部形態(tài)特征及物候期初步判斷。5.性別間差異基因種類相似,但表達模式有異,花器最終表型可能是相關基因表達量的差異造成。促雌及促雄基因間互相抑制,兩性花第一年促雄基因高表達,而第二年大部分促雌促雄基因均不同程度地上調;兩性花第二年性別分化關鍵期有大量響應光和冷的基因富集,說明兩性花形成與春化有關,HSP、MADS、AP2家族等基因在性別分化中發(fā)揮了重要作用。6.在兩次性別分化關鍵期,各性別類型的Small RNA測序中共鑒定到的已知miRNA成熟體385個,前體735個,預測到novel miRNA成熟體86個,前體109個;篩選出23個在性別中差異表達的miRNA;與轉錄組進行關聯(lián)分析,發(fā)現(xiàn)了較多調控花發(fā)育的重要miRNA及通路。7.獲得PcHSP70-1及PcHSP90基因全長并進行序列分析和功能驗證,過表達PcHSP70-1可上調花發(fā)育相關基因,促進擬南芥抽薹并使花期提前,在干旱條件也可多抽薹。本研究排除了雌雄同株黃連木起源于芽變的假設,推測是環(huán)境持續(xù)作用造成的基因標簽影響了性別決定。最終性別隨著環(huán)境變化基因標簽發(fā)生變化,表現(xiàn)為基因型不變,性別卻改變的表觀遺傳現(xiàn)象。
【學位單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S687.1
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?３．２?Ｂｌｏｏｍｉｎｇ?ｐｈｅｎｏｐｈａｓｅ?ｏｆ?ｌｏｃａｌ?Ｐ．?ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ??從始花期到末花期的具體開花時間，包括雌雄同株上不同性別類型，其中Ｆ：雌株，Ｍ：雄??株，ｍｌ－ｍ２３：雌雄同株??Ｔｈｅ?ｄｅｔａｉｌｅｄ?ｂｌｏｏｍｉｎｇ?ｄａｔｅ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｅｎｄ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ?ｎｏｒｎｉａｌ?ｔｒｅｅｓ?ａｎｄ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｇｅｎｄｅｒ?ｔｙｐｅｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｍｏｎｏｅｃｉｏｕｓ?ｓｔｒａｉｎ．?Ｆ：?ｆｅｍａｌｅ?ｔｒｅｅｓ，?Ｍ：?ｍａｌｅ?ｔｒｅｅｓ，?ｍｌ－ｍ２３：?ｍｏｎｏｅｃｉｏｕｓ??ｔｒｅｅｓ．??由此可知，正常雌雄株花期重疊一般在４月９曰－４月１１曰，可以滿足授粉需??要；雌雄同株的花期波動較大，但單株雌雄同株的雌花一般都先于此株雄花ｌ－３ｄ??開放，可以實現(xiàn)自花授粉，但也存在花期不相遇的特例，ｍ４的雄花先于雌花開放??且正好錯過，但是可與其他雌雄同株或正常植株花期相遇實現(xiàn)授粉。此外，雌雄??同株上的雌花可接受正常雄株的花粉，而其雄花也可為正常雌株授粉，雌雄同株??４１??

混合或兩性花，僅有幾枝變成雌的；混合或兩性花枝中有６１．２７％保持原來的性別，??變成雌的和雄的情況也存在。??圖版３．７宿存果和新花序特征??Ｐｌａｔｅ?３．７?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｆｒｕｉｔｓ?ａｎｄ?ｉｎｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓ?ｏｎ?ｍｏｎｏｅｃｉｏｕｓ?Ｐ．?ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ??Ａ：宿存果和雄花序Ｂ：宿存果和兩性花（ｂａｒ＝?ｌｃｍ）??Ａ：?ｆｒｕｉｔｓ?ａｎｄ?ｍａｌｅ?ｉｎｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓ；?Ｂ：?ｆｒｕｉｔｓ?ａｎｄ?ｂｉｓｅｘｕａｌ?ｉｎｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓ??

３．４．４各性別類型基因調控網(wǎng)絡中的核心基因??根據(jù)上述基因表達模式和ＧＯ富集分析，我們進一步篩選出可能與性別差異或花發(fā)育相關的代表性聚類，包括雌株中的Ｆ３，?Ｆ４，?Ｆ５，?Ｆ７，?Ｆ８。雄株中的Ｍｌ，??６９??

本文編號：2870417