胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育系及其保持系的转录组分析
发布时间：2020-08-28 15:47
胡萝卜的瓣化型雄性不育系是胡萝卜杂交育种过程中的主要应用类型,具有重要的应用价值。其不育性是由于花发育过程中雄蕊转变为花瓣状结构引起的,因此瓣化型CMS不仅是研究核质互作的理想材料,也是研究花的同源异型转变的重要材料。然而长期以来对瓣化型CMS的发生机制的研究主要集中于线粒体基因,对核上基因的研究较少并且没有从整体水平上研究CMS的形成机理,到目前为止CMS产生的分子机制仍不明确。本研究以胡萝卜瓣化型CMS系(P2S)及其保持系(P2M)为材料,首先利用扫描电镜对处于不同发育时期(T1-T4)的P2S和P2M的花序发育过程进行形态学观察分析,然后对处于四个花发育时期的不育系及保持系进行转录组分析,从整体上对胡萝卜瓣化型CMS产生的原因进行初步解析。扫描电镜观察结果表明:T1时期,茎尖组织中央萌发出一个顶端分生组织;T2时期,内部萌发有小花原基的未成熟的小花序在总花序外围出现,并且总花序的中间依然存在大量的小花序原基;T3时期,小花序逐渐发育成熟,并且在小花序内部萌发出大量花原基;T4时期,小花序内部的小花原基发育成未成熟的小花。经过Illumina测序,总共获得了426,863,333条高质量的双端clean reads,每个cDNA文库表达的基因在23621到26200之间。同时获得2838个差异表达基因,其中在不育系中有1495个基因显著下调,1343个基因显著上调。相比于不育系,分别有217、470、1355、796个基因在处于T1、T2、T3和T4时期的保持系中差异表达。大量的差异表达基因参与内质网蛋白加工、植物激素信号转导和苯丙素生物合成途径。21个参与植物激素信号转导和22个参与苯丙素和类黄酮生物合成途径的差异表达基因在T3时期的不育系中表达显著下调。此外,12个参与氧化磷酸化过程的线粒体基因包括5个ATP合酶、4个细胞色素c氧化酶以及3个NADH脱氢酶基因在T3时期的不育系中呈低水平表达,显著低于保持系中表达水平。不育系中13个PPR蛋白相关基因在T2时期表达量显著低于保持系的表达量,但是其中9个差异基因在T3时期表达量显著上调并且超过保持系的表达量。相似地,22个参与内质网蛋白加工通路的热激蛋白相关基因在T2-T4时期不育系中的表达显著上调。同时我们还发现9个花器官发育相关的MADS-box基因在不育系和保持系之间差异表达,其中DcPI、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2时期不育系中表达量显著低于保持系中的表达量,可能是导致雄蕊转变为花瓣状结构的关键原因。然而从T2到T3时期,9个MADS-box基因的表达量突然上升并超过保持系中的表达量。该现象与PPR相关蛋白基因以及热激蛋白基因在T3时期的表达趋势相一致。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S631.2
【部分图文】：
的四突变体重，所有的花器官转变为营养生长期的叶片（Ditta et al.，2004）。该类基因能ABCD 类基因共同作用，参与所有四轮花器官的发育调控，因此被归类于 E 类基因，这样 AB模型最终形成（图 1.1），该模型不仅是必要的，而且能够充足地解释被子植物所有轮花器形成机理，对花发育的研究至关重要。鉴于 ABC 模型和 ABCDE 模型均是在基因层面解释花器官的调控的分子机理，而且并解释不同的同源异型基因之间是如何相互作用的。通过对 MADS-box 蛋白的研究，Theissen发育的研究从基因层面深入到蛋白层面并且首次提出花器官发育的“四因子模型”（Theis2001）（图 1.1）。该模型表明花的同源异型蛋白之间通过形成四聚体而不是单独的二聚体制花器官的发育。通过电泳迁移率变动分析实验和酵母双杂交实验证明，控制花器官发育的能够形成同源或异源二聚体，二聚体继而形成三元或四元蛋白复合体，从而调控花器官形成拟南芥的研究中，蛋白复合体 AP1-AP1-SEP-SEP 决定第一轮花器官萼片的形成；AP1-AP3-P能够调控第二轮花器官花瓣的发育；蛋白复合体 AP3-PI-AG-SEP 决定了雄蕊的发AG-AG-SEP-SEP 蛋白复合体决定心皮的形成； AG-SEP-SHP-STK 复合体控制胚珠的（Theissen et al.，2016）。四聚体模型中，MADS 蛋白之间首先形成二聚体，这些二聚体能基因调控区的 CArG 元件特异结合，二聚体再通过Ｃ末端与其他转录因子蛋白聚合形成四聚激活或者抑制靴基因的表达，从而调控花器官的形成（Melzer and Theissn，2009；Melzer e2009）。
A 污染和其他污染。利用 2-ΔΔCt法计算基因的相对表达量（Livak et al.，2001）。q-PCR 反应体系：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 结果与分析.1 胡萝卜瓣化型 CMS 系与保持系花器官表型观察胡萝卜瓣化型 CMS 不育系 P2S 与正常可育的保持系 P2M 相比表型为：雄蕊完全消的花瓣状结构，没有花药与花丝结构，同时原来白色的花瓣也呈现为绿色的花瓣，然条件下的雄性不育系稳定（图 2.1）。保持系的花与 ABC 模型相符合，由外到内五枚白色的花瓣、内轮 5 枚雄蕊、最内部为雌蕊（心皮），雄蕊含有正常育性的花药
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本文编号：2807784
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S631.2
【部分图文】：
的四突变体重，所有的花器官转变为营养生长期的叶片（Ditta et al.，2004）。该类基因能ABCD 类基因共同作用，参与所有四轮花器官的发育调控，因此被归类于 E 类基因，这样 AB模型最终形成（图 1.1），该模型不仅是必要的，而且能够充足地解释被子植物所有轮花器形成机理，对花发育的研究至关重要。鉴于 ABC 模型和 ABCDE 模型均是在基因层面解释花器官的调控的分子机理，而且并解释不同的同源异型基因之间是如何相互作用的。通过对 MADS-box 蛋白的研究，Theissen发育的研究从基因层面深入到蛋白层面并且首次提出花器官发育的“四因子模型”（Theis2001）（图 1.1）。该模型表明花的同源异型蛋白之间通过形成四聚体而不是单独的二聚体制花器官的发育。通过电泳迁移率变动分析实验和酵母双杂交实验证明，控制花器官发育的能够形成同源或异源二聚体，二聚体继而形成三元或四元蛋白复合体，从而调控花器官形成拟南芥的研究中，蛋白复合体 AP1-AP1-SEP-SEP 决定第一轮花器官萼片的形成；AP1-AP3-P能够调控第二轮花器官花瓣的发育；蛋白复合体 AP3-PI-AG-SEP 决定了雄蕊的发AG-AG-SEP-SEP 蛋白复合体决定心皮的形成； AG-SEP-SHP-STK 复合体控制胚珠的（Theissen et al.，2016）。四聚体模型中，MADS 蛋白之间首先形成二聚体，这些二聚体能基因调控区的 CArG 元件特异结合，二聚体再通过Ｃ末端与其他转录因子蛋白聚合形成四聚激活或者抑制靴基因的表达，从而调控花器官的形成（Melzer and Theissn，2009；Melzer e2009）。
A 污染和其他污染。利用 2-ΔΔCt法计算基因的相对表达量（Livak et al.，2001）。q-PCR 反应体系：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 结果与分析.1 胡萝卜瓣化型 CMS 系与保持系花器官表型观察胡萝卜瓣化型 CMS 不育系 P2S 与正常可育的保持系 P2M 相比表型为：雄蕊完全消的花瓣状结构，没有花药与花丝结构，同时原来白色的花瓣也呈现为绿色的花瓣，然条件下的雄性不育系稳定（图 2.1）。保持系的花与 ABC 模型相符合，由外到内五枚白色的花瓣、内轮 5 枚雄蕊、最内部为雌蕊（心皮），雄蕊含有正常育性的花药
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本文编号：2807784
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