论文部分内容阅读
高山地区低温和强紫外辐射等恶劣的环境促使高山“温室植物”进化出了高度特化的结构,如苞叶结构。但是,目前对于这一特化结构的适应性进化机制仍然缺乏系统的理解。大黄属的苞叶大黄和塔黄是青藏高原上的两种典型的“温室植物”,本研究分别比较了这两个种苞叶和莲座叶中叶绿体的色素含量和亚显微结构差异,并结合cDNA-AFLP技术分析了两种植物苞叶和莲座叶的基因表达差异,通过对两种“温室植物”中差异表达基因进行功能注释和比较分析,讨论了高山“温室植物”苞叶平行进化的分子基础。主要研究结果如下：1.塔黄中苞叶的叶绿体色素含量显著少于莲座叶,其中叶绿素a和叶绿素b含量相当于莲座叶的4%,类胡萝卜素含量相当于莲座叶的12.4%。苞叶大黄中苞叶的叶绿体色素含量也显著少于莲座叶,其中叶绿素a含量相当于莲座叶的18%,叶绿素b含量相当于莲座叶的46.9%,而类胡萝卜素含量没有变化。2.苞叶大黄中苞叶的叶绿体数量和体积均小于莲座叶,叶绿体的结构也发生了退化——苞叶叶绿体中基粒类囊体的基粒片层数大约只有莲座叶的1/3,基质类囊体的膜结构也模糊不清。苞叶大黄中苞叶的叶绿体数量和体积也小于莲座叶,叶绿体的结构也发生了退化,但不如塔黄的苞叶严重,其基粒类囊体的基粒片层数大约是塔黄的两倍。3.本研究使用128对引物组合通过cDNA-AFLP技术分别分析了苞叶大黄和塔黄中苞叶和莲座叶的基因表达差异。我们从塔黄的苞叶和莲座叶大约6000对清晰的条带中分离了323条有表达差异的条带,经PCR扩增和测序后获得了110条TDFs (Transcript Derived Fragments,转录本起源的片段)。用同样的方法,我们在苞叶大黄中共分离了420条有表达差异的条带并获得了171条TDFs。通过对这110条和171条TDFs进行功能注释,我们发现一些与植物光合作用相关的基因在两种“温室植物”的苞叶中表达量都显著下降,而另一些与植物胁迫响应相关的基因的表达量却显著升高。4.通过进一步比较苞叶大黄和塔黄中苞叶和莲座叶差异表达的基因,我们发现两个种有13条同源的TDFs,功能注释显示8条TDFs与植物的胁迫响应相关,3条TDFs与植物光合作用相关且它们均属于在苞叶中表达量下降的基因,其余2条TDFs功能未知。总的来说,我们发现苞叶大黄和塔黄的苞叶在叶绿体发育上很相似,如叶绿素含量显著减少,叶绿体亚显微结构也出现退化,说明两个种苞叶叶片光合作用的功能已经减弱或彻底改变。此外,我们还发现苞叶中一些差异表达基因与其解剖特征和适应性功能密切相关。这些证据表明苞叶这一高度特化的结构可能是两种“温室植物”长期生活在高原环境下自然选择的产物,并且苞叶的平行进化可能具有相同的分子基础。