【摘要】：廣泛存在于植物體內(nèi)的次生代謝產(chǎn)物——花色苷,屬于類黃酮類的天然化合物。這種化合物既可作為“自然染色劑”使植物花、果實(shí)等器官著色,也可因其具有抗氧化性而在植物防御各類病蟲害和避免紫外線損傷等方面承擔(dān)重要功能。此外,由于花色苷在抗癌、抑菌、預(yù)防心血管疾病等方面均具有重要作用,該化合物在醫(yī)藥、食品和保健等方面的價(jià)值也日漸被世人所關(guān)注。盡管國內(nèi)外學(xué)者已對諸多二倍體模式植物中的花色苷合成代謝途徑進(jìn)行了深入地研究,但有關(guān)馴化的異源多倍體中該代謝途徑的遺傳改變還未有涉及。本實(shí)驗(yàn)以基因組為AADD的異源四倍體陸地棉(Gossypium hirsutum L.)作為實(shí)驗(yàn)材料,在對比分析其栽培品種和野生變種(G.hirsutum L.var.yucatanense Hutch.)形態(tài)差異的基礎(chǔ)上,對其花色苷合成代謝途徑中的7個(gè)結(jié)構(gòu)基因(查爾酮合成酶基因CHS、查爾酮異構(gòu)酶基因CHI、黃烷酮-3-羥化酶基因F3H、類黃酮-3?-羥化酶基因F3?H、二氫黃酮醇-4-還原酶基因DFR、花青素合成酶基因ANS和類黃酮-3-O-轉(zhuǎn)葡糖基酶基因UFGT)的同源拷貝的序列差異與表達(dá)分化進(jìn)行了全面比較,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:1、通過形態(tài)觀察,發(fā)現(xiàn)栽培棉花的植株矮壯、枝葉的顏色呈深綠色、有毛,花期早、花蕾大而多、花瓣純色、基部無花斑,棉鈴大、纖維長而顏色潔白;而野生變種的植株高大細(xì)長、枝葉顏色鮮綠、無毛,營養(yǎng)生長突出,花期晚、花蕾小而少、花瓣基部有花斑,棉鈴小,纖維短且顏色偏棕黃。2、基于陸地棉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),對栽培棉花在花色苷代謝途徑中的7個(gè)結(jié)構(gòu)基因(CHS、CHI、F3H、F3?H、DFR、ANS、UFGT)的編碼序列進(jìn)行了識別。利用BLAST方法,將這些編碼序列定位到已經(jīng)釋放的陸地棉全基因組上,并以此對這些基因的結(jié)構(gòu)和染色體分布進(jìn)行了確定。同時(shí),通過對分別具有AA和DD基因組的亞洲棉(Gossypium arboreum L.)及雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii Ulbr.)同源基因的系統(tǒng)發(fā)育分析,進(jìn)一步確認(rèn)和區(qū)分了這7個(gè)基因在陸地棉內(nèi)具有A基因組和D基因組的同源拷貝(homoeolog)。3、利用全基因組重測序技術(shù),比較了野生和栽培棉花在7個(gè)結(jié)構(gòu)基因編碼序列上的差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者之間僅在CHS、CHI、F3H等基因的同源對間存在1-5個(gè)的SNP,而在F3?H、DFR、UFGT基因的同源對間無SNP差異。這個(gè)結(jié)果體現(xiàn)了這些基因在野生和栽培棉花中間享有高度的序列保守性。4、利用熒光實(shí)時(shí)定量PCR的方法,比較了7個(gè)結(jié)構(gòu)基因在栽培和野生棉花葉片中的表達(dá)情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),6個(gè)基因的表達(dá)水平在栽培棉花中均明顯下降,其中,F3?H基因的表達(dá)量下降的最多,其表達(dá)水平較野生棉花大約下降了5倍,顯示了在正常狀態(tài)下,野生棉花葉中的花色苷與類黃酮物質(zhì)合成較栽培棉花更為旺盛。另外,在蚜蟲脅迫的條件下,栽培棉花在第三周才出現(xiàn)多個(gè)花色苷結(jié)構(gòu)基因表達(dá)上調(diào)現(xiàn)象,而野生棉花在第二周就出現(xiàn)了類似現(xiàn)象,說明在抵抗蟲害方面,花色苷合成途徑在野生棉花中比在栽培棉花中的應(yīng)激反應(yīng)更快。5、由于花色苷代謝途徑下各關(guān)鍵酶的編碼基因可能涉及多個(gè)位點(diǎn),并且在異源多倍體中,每個(gè)位點(diǎn)下還可能同時(shí)擁有雙親基因組的同源拷貝,因此,陸地棉中各關(guān)鍵酶編碼基因的進(jìn)化相當(dāng)復(fù)雜。鑒于此,本研究以二氫黃酮醇-4-還原酶的編碼基因?yàn)槔?利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),全面研究了其編碼基因在栽培和野生陸地棉的多器官或組織(葉、花瓣、種子和纖維)中的表達(dá)情況。分析發(fā)現(xiàn),陸地棉中編碼該酶的基因有兩個(gè)位點(diǎn):DFR1和DFR2,每個(gè)位點(diǎn)又各自包括A和D基因組的2個(gè)homoeologs。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的定量比較顯示,這4個(gè)homoeologs在栽培和野生棉花的不同器官或組織上存在復(fù)雜的時(shí)空分化表達(dá)現(xiàn)象。6、為探究花色苷代謝途徑中各基因在栽培與野生棉花中表達(dá)差異的可能遺傳機(jī)制,利用二代DNA重測序的方法,對諸基因啟動子序列變異進(jìn)行了分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),相對于栽培棉花,野生棉花在CHI、ANS和DFR2基因的上游啟動子區(qū)均存在插入或缺失(In Del)突變。由于啟動子區(qū)序列的堿基變異會造成基因表達(dá)的改變,因此這些InDels值得引起重視。但是,是否這些In Dels就是引發(fā)相關(guān)基因在栽培和野生棉花間產(chǎn)生表達(dá)差異的遺傳原因,需要今后更多實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。綜上,花色苷代謝途徑中的結(jié)構(gòu)基因在陸地棉中并沒有因?yàn)轳Z化而產(chǎn)生明顯的序列分歧,但在表達(dá)上卻出現(xiàn)差異,說明馴化對該代謝途徑的遺傳改變更多體現(xiàn)在表觀水平而非基因本身的遺傳突變。目前的研究結(jié)果為更深入地了解馴化對異源多倍體功能基因的序列與表達(dá)模式影響以及今后從花色苷合成代謝途徑上對栽培棉花進(jìn)行品種升級與改良提供了重要的分子依據(jù)。
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【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S562

【參考文獻(xiàn)】

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1 秦宗燕;劉石娟;包穎;;藥用野生稻葉中花色苷合成基因的序列特點(diǎn)與表達(dá)差異[J];植物生理學(xué)報(bào);2016年08期

2 焦淑珍;張正言;王林;徐盼;李琴琴;賈秋娥;;植物二氫黃酮醇-4-還原酶基因的研究進(jìn)展[J];南方農(nóng)業(yè);2016年21期

3 包穎;郭昌鋒;陳少華;劉梅;;植物查爾酮合成酶超基因家族的分子進(jìn)化[J];植物學(xué)報(bào);2015年01期

4 卜星星;雒曉鵬;白悅辰;李成磊;陳惠;吳琦;;金蕎麥花青素合酶基因的克隆及其表達(dá)與花青素量的相關(guān)性研究[J];中草藥;2014年07期

5 王云生;許玉嬌;胡曉婧;蔣曉嵐;楊琴;李偉偉;劉亞軍;高麗萍;夏濤;;茶樹二氫黃酮醇4-還原酶基因的克隆、表達(dá)及功能分析[J];茶葉科學(xué);2013年03期

6 喻樹迅;;我國棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];中國工程科學(xué);2013年04期

7 亓希武;帥琴;范麗;曾其偉;向仲懷;何寧佳;;桑樹花青素合成酶(ANS)基因的克隆及在2種果色桑樹中的表達(dá)特征[J];蠶業(yè)科學(xué);2013年01期

8 趙啟明;李范;李萍;;花青素生物合成關(guān)鍵酶的研究進(jìn)展[J];生物技術(shù)通報(bào);2012年12期

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本文編號：2417234