本文關鍵詞：油菜灌漿期種子和角果皮基因表達差異及相關基因的功能分析

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【摘要】：油菜(rapeseed)是世界廣泛種植的油料作物,是世界三大植物油來源之一。其菜籽油不僅可以作為食用油,也是重要的工業(yè)原料。種子是油菜最重要的收獲器官,其發(fā)育程度的好壞直接影響著最終的品質和產量。另外,種子包裹在角果皮中,其生長發(fā)育所需的能量物質大部分來自于角果皮,角果皮對種子的發(fā)育亦起著關鍵的作用。關于種子發(fā)育相關基因的研究,在模式植物擬南芥中有較多報道。雖然油菜和擬南芥基因組同源性較高,但由于油菜基因組的高度重復與基因組重排,很難將其與擬南芥的基因進行一一對應。同時,相對于擬南芥,油菜種子發(fā)育的調控過程更為復雜,并且目前關于油菜種子發(fā)育相關基因的鑒定和研究報道也較少。另外,角果皮作為種子能量物質的直接供給者和轉運媒介,其對種子發(fā)育調控及影響的研究亦較少。針對這些問題,本研究主要開展了兩方面的工作:1)以開花后21-22天的油菜角果的角果皮和種子為材料,利用油菜95k芯片分析這兩個器官中的基因表達差異,為詮釋油菜角果皮和種子間的協(xié)同互作與分工關系奠定基礎;2)根據(jù)油菜角果皮和種子的芯片數(shù)據(jù)分析結果,挑選若干可能對種子的發(fā)育有重要影響的基因進行進一步的分析,為利用基因工程的手段改良油菜的產量與品質提供重要基因資源。主要的研究結果如下:1.在油菜角果皮和種子的芯片中一共檢測到17,459個基因表達。根據(jù)基因在角果皮和種子中的相對表達倍數(shù),其中3,278個為角果皮上調表達基因(≥2),2,425個為種子上調表達基因(≤0.5),9,377個基因在角果皮和種子中沒有表達差異。由此可見,更多基因傾向于在角果皮中表達,表明角果皮在角果發(fā)育過程中的重要性。2.使用Map Man軟件分析發(fā)現(xiàn):(1)參與光合路徑的基因以及參與物質能量轉運的基因主要在角果皮中上調表達;而與脂類合成相關的基因主要在種子中上調表達。這與角果皮和種子在角果發(fā)育過程中充當?shù)摹霸础焙汀皫臁钡慕巧嘁恢?(2)與次級代謝有關的基因在角果皮和種子中均較活躍,但卻呈現(xiàn)不同的分布。與類黃酮合成相關的基因主要在種子中表達,而與萜類以及苯丙素類化合物合成相關的基因主要富集于角果皮中;(3)大量的轉錄因子在角果皮和種子中是差異調控的,表明角果皮和種子在轉錄水平上調控差異的復雜性。3.根據(jù)芯片的分析結果,我們挑選了6個基因進行了克隆,分別構建了過表達載體和反義載體,轉化了擬南芥和油菜并得到了轉基因陽性植株。對過表達轉基因植株進行表達水平的檢測,結果顯示所有過表達載體均能正常工作,并且各個轉基因系都得到了目的基因高表達的株系。4.基因的功能初步鑒定結果顯示:(1)F28K異位超表達影響了油菜葉片的發(fā)育,但并沒有對擬南芥的生長發(fā)育造成影響。其引起的油菜葉片發(fā)育缺陷可能與細胞分裂受到影響有關;(2)F11K3過表達擬南芥植株在萌發(fā)期對Na Cl處理比野生型反應更迅速,其突變體較野生型反應更遲鈍,而他們在不同濃度Na Cl處理條件下的發(fā)芽率并沒有顯著變化。表明F11K3可能影響了Na+進入細胞的速度;(3)F46過表達油菜植株在0.3m M的硝酸鹽生長條件下,與野生型生長無差異;在3m M硝酸鹽的生長條件下,其干重顯著高于野生型,表明F46可能為低親和的氮轉運子,并且能提高油菜對氮素的利用率。
【關鍵詞】：油菜 角果皮 種子 基因 功能鑒定
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S565.4
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 縮略詞表11-12
• 前言12-20
• 1 角果發(fā)育相關研究進展12-18
• 1.1 角果的發(fā)育及其形態(tài)結構12-13
• 1.2 油菜角果的生理生化特征13-14
• 1.3 角果發(fā)育相關基因的研究進展14-16
• 1.3.1 角果皮發(fā)育相關基因研究14-15
• 1.3.2 種子發(fā)育相關基因研究15-16
• 1.4 種子含油量的基因調控16-18
• 2 本研究的目的和意義18-20
• 第一章 甘藍型油菜種子灌漿期角果皮和種子的表達譜分析20-45
• 1 引言20
• 2 材料和方法20-23
• 2.1 實驗材料20-21
• 2.1.1 植物材料20
• 2.1.2 試劑耗材20-21
• 2.2 實驗方法21-23
• 2.2.1 材料種植及芯片雜交21
• 2.2.2 芯片數(shù)據(jù)分析21
• 2.2.3 MapMan聚類分析21-22
• 2.2.4 芯片的qRT-PCR驗證以及基因在角果發(fā)育后期多個時間點的表達分析22
• 2.2.5 角果皮和種子中類胡蘿卜素和類黃酮含量的測定22-23
• 3 結果與討論23-43
• 3.1 基因表達譜的總體分析23-25
• 3.2 芯片數(shù)據(jù)的qRT-PCR驗證25-26
• 3.3 角果皮和種子中不同代謝路徑上基因的表達模式分析26-29
• 3.4 在油菜灌漿期參與光合作用路徑的基因在角果皮中表達更為活躍29-34
• 3.5 在油菜灌漿期參與脂類合成的基因在種子中表達更為活躍34-35
• 3.6 次級代謝相關基因在角果皮和種子中是選擇性調控的35-37
• 3.7 與轉運相關的基因在角果皮中表達更為活躍37-41
• 3.8 角果皮和種子中轉錄因子調控差異的比較41-42
• 3.9 角果發(fā)育 21-22 天的芯片表達譜在角果整個發(fā)育后期均具有代表性42-43
• 4 本章小結43-45
• 第二章 幾個種子或角果皮差異表達基因的克隆及功能分析45-67
• 1 引言45
• 2 材料和方法45-51
• 2.1 實驗材料45-46
• 2.1.1 植物材料45
• 2.1.2 質粒菌株45
• 2.1.3 試劑耗材45-46
• 2.2 實驗方法46-51
• 2.2.1 候選基因的克隆46-47
• 2.2.2 表達載體的構建47-48
• 2.2.3 反義載體的構建48
• 2.2.4 擬南芥轉化和油菜轉化48-49
• 2.2.5 轉基因植株的陽性鑒定及表達分析49
• 2.2.6 擬南芥突變體的基因型鑒定及表型觀察49-50
• 2.2.7 擬南芥過表達植株萌發(fā)期和苗期的NaCl脅迫處理50
• 2.2.8 擬南芥過表達植株的IAA和ABA處理50-51
• 2.2.9 F46 油菜轉基因過表達植株的氮處理51
• 2.2.10 油菜葉片組織學觀察51
• 2.2.11 油菜終花期莖稈木質部染色51
• 3 結果與分析51-63
• 3.1 候選基因的序列分析及克隆51-53
• 3.2 載體構建及油菜和擬南芥轉化53-54
• 3.3 油菜和擬南芥各轉基因株系的表達分析54-56
• 3.4 轉基因植株的表型觀察與鑒定56-57
• 3.5 擬南芥突變體的表型觀察與鑒定57-58
• 3.6 各候選基因的功能初步探索58-63
• 3.6.1 F11K3 擬南芥過表達植株在萌發(fā)期對NaCl脅迫更為敏感58-59
• 3.6.2 各轉基因構建擬南芥過表達植株對IAA和ABA的反應59
• 3.6.3 F46 過表達提高了油菜對氮素的利用效率59-60
• 3.6.4 F28K過表達植株的器官變小60-63
• 3.6.4.1 F28K影響了細胞分裂61-62
• 3.6.4.2 F28K影響了木質素的合成62-63
• 4 討論63-66
• 4.1 油菜和擬南芥中基因功能的非共線性63-64
• 4.2 F11K3 過表達可能加快了Na+進入細胞的速度64
• 4.3 F46 基因在油菜中的功能64-65
• 4.4 F28K過表達影響了油菜葉片的發(fā)育65-66
• 5 小結與展望66-67
• 參考文獻67-75
• 附圖75-78
• 附表78-94
• 附錄94-95
• 作者簡介94
• 在讀期間發(fā)表的論文94
• 申請專利94-95
• 致謝95-96

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 官春云;;中國油菜產業(yè)發(fā)展方向[J];糧食科技與經(jīng)濟;2011年02期

2 熊秋芳;文靜;李興華;沈金雄;;中國油菜科技創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展[J];中國農業(yè)科技導報;2014年03期

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本文編號：562029