【摘 要】
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本文以二倍体森林草莓品种‘Ruegen’为试验材料,通过观察其生长周期内果实形态和颜色变化,结合果实横纵径、果重、果实硬度、ABA含量及相关marker基因表达量的变化趋势,对‘Ruegen’发育时期进行更为细致的划分;分别利用流式细胞术和石蜡切片技术观察草莓果实的细胞周期和细胞形态变化;基于二倍体森林草莓基因组,对其Cyclin和CDK家族进行全基因组鉴定,并结合转录组数据初步筛选调控草莓果实发
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本文以二倍体森林草莓品种‘Ruegen’为试验材料,通过观察其生长周期内果实形态和颜色变化,结合果实横纵径、果重、果实硬度、ABA含量及相关marker基因表达量的变化趋势,对‘Ruegen’发育时期进行更为细致的划分;分别利用流式细胞术和石蜡切片技术观察草莓果实的细胞周期和细胞形态变化;基于二倍体森林草莓基因组,对其Cyclin和CDK家族进行全基因组鉴定,并结合转录组数据初步筛选调控草莓果实发育的Cyclin和CDK备选基因。以期为深入研究细胞周期调控基因控制草莓果实发育的分子机制提供理论依据。主要研究结果如下:1‘Ruegen’果实不同发育时期的划分‘Ruegen’果实的生长发育被划分12个时期,其中发育期为S1-S7共7个时期,成熟期为RS1-RS5共5个时期。S7-RS2是果实由发育向成熟转变的关键时期,在这个阶段果实表型变化显著,果肉和种子的颜色逐渐变红,花青素逐渐积累且对应的MYB10基因表达量明显上调。此外,该时期内果实重量迅速增加,果实横径和纵径变化明显,果实硬度达到峰值并开始下调,相关软化基因表达量开始上调,ABA含量与其合成酶基因NCED5表达量均在上调。RS2时期果实完全成熟,此时期以后横纵径和果重上调速度减缓或无明显变化。果实硬度在RS2时期下调至低谷值,此后无明显变化,而与果实软化相关的PG基因表达水平在RS1~RS2时期内增长速度最快,变化显著。作为森林草莓果实完全成熟以及衰老开始的时期,RS2时期是草莓果实成熟和衰老的过程中较为关键的时期。2不同时期草莓果实细胞细胞周期和细胞形态的研究基于第二章时期划分的基础研究,在第三章首先检测不同时期草莓果实细胞细胞周期的变化规律,发现在果实发育初期的S1、S3和S4时期细胞分裂旺盛,S5时期细胞分裂开始减弱,至RS1时期最低,果实成熟后分裂能力稳定。由于发育早期的细胞数目和细胞形态最终决定果实大小和形状,因此利用石蜡切片观察S1-S3时期Cortex、Pith1和Pith2三个部位的果实细胞,发现S1-S3时期内Cortex、Pith1和Pith2部位的细胞体积均逐渐变大,且Cortex部位的细胞体积变化最大,是草莓果实体积变大的主要响应部位,而在髓部中,Pith1对于果实体积的影响大于Pith2,此外在Cortex和Pith1部位,细胞体积膨大的方向主要为纵向,而Pith2部位细胞膨大方向均匀。综上所述草莓果实最终发育为长圆形主要是由于Cortex和Pith1部位细胞形态的变化。3 Cyclin和CDK基因家族成员的鉴定和表达分析基于第三章结论,第四章和第五章主要鉴定二倍体草莓基因组中的Cyclin和CDK家族,并分析这些基因在果实不同时期不同部位的表达模式,期望筛选调控草莓果实发育的细胞周期调控基因。本研究共鉴定得到48个Cyclin家族成员和24个CDK家族成员,按照拟南芥分类方法将Cyclin家族成员分为10个亚族,包括:Cyc ACycD、Cyc H、Cyc L、Cyc P、Cyc T、Cyc J18和SDS,将CDK家族成员分为8个亚族,包括CDKA-CDKG以及CKL;根据启动子顺式作用元件分析结果,光照及多种激素协同调控Cyclin和CDK基因的转录,进一步调控细胞周期;此外在草莓Cyclin和CDK基因家族中,共发现10对旁系同源基因,表明草莓细胞周期基因在进化过程中的保守性。转录组分析结果显示,Cyclin和CDK基因的表达具有组织特异性,在皮层(Cortex)的表达水平略高于髓部(Pith),在胚胎(Embryo)的表达水平高于去胚组织(Ghost);此外Cyclin和CDK基因的表达也具有时空特异性,大多数Cyclin和CDK基因在S1时期表达水平较高,表明草莓果实细胞分裂较为活跃的时期在授粉后1天。部分Cyclin和CDK基因的表达峰值出现在S3时期,可能与生长素和赤霉素调控草莓果实早期的发育有关;在果实转变期,绝大多数Cyclin和CDK基因的表达水平较低,表明此时的细胞分裂并不旺盛,与该时期果实大小不再发生明显变化相一致。最终,综合Cyclin和CDK基因在不同发育时期各组织部位的表达情况,Cyc A1;2、Cyc A1;3、Cyc A3;3、Cyc B1;2、Cyc B2;1、Cyc C、CycD2;1、CycD3;1、CycD3;2、CycD3;3、CycD4;1、CDKA、CDKB1;1、CDKF基因对草莓果实发育具有重要作用,作为进一步研究的备选基因。
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