【摘 要】
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钟花报春(Primula sikkimensis)是报春花属钟花报春组多年生草本植物,集中分布在东喜马拉雅地区,在中国主要分布在四川西部、云南西北部和西藏东南部。钟花报春是典型的二型花柱植物,具有自交不亲和繁育系统,是研究二型花柱的形成和演化机制的理想物种。本研究以钟花报春6个居群6个长柱花和6个短柱花共12个个体作为研究材料,通过Illumina平台(Illumina Nova Seq6000)
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钟花报春(Primula sikkimensis)是报春花属钟花报春组多年生草本植物,集中分布在东喜马拉雅地区,在中国主要分布在四川西部、云南西北部和西藏东南部。钟花报春是典型的二型花柱植物,具有自交不亲和繁育系统,是研究二型花柱的形成和演化机制的理想物种。本研究以钟花报春6个居群6个长柱花和6个短柱花共12个个体作为研究材料,通过Illumina平台(Illumina Nova Seq6000)进行高通量转录组测序,对钟花报春的长柱和短柱两种花型进行比较转录组研究和异型花柱相关基因的表达模式研究,初步探讨钟花报春异型花柱形成的分子机制,主要结果如下:1.转录组测序与组装对12个钟花报春研究样本进行RNA-seq测序以及无参考基因组的De novo组装,经过质控后共得到552982058条干净序列(clean reads),其中包含的总碱基数为73.7Gb,Q30碱基占比为92.7%~93.58%,表明各个样品的测序质量较高。经过拼接组装后,最终获得了一个含有254333条转录本(transcript)和228285条Unigene的钟花报春转录组数据。2.转录组的功能注释基于eggNOG数据库对钟花报春进行注释,其中有40369个基因的蛋白序列至少注释到一个数据库,其中有23366条序列获得GO功能注释,38300条序列注释到KOG数据库,23559条序列获得KEGG功能注释,1152条基因获得CAZy注释。在GO注释中,排名靠前的注释为细胞、细胞部分与细胞过程;经KOG注释后分为了24个不同类别的功能注释,常见的类别为翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣,信号转导机制和转录;KEGG注释得到47条代谢通路,前三位代谢途径为碳水化合物代谢、氨基酸代谢、信号转导。3.差异表达基因鉴定及富集分析基于钟花报春转录组数据,经过差异基因分析在长柱花与短柱花之间筛选出1528个差异表达基因,其中,1338条差异表达基因表达量上调,190条差异表达基因表达量下调。差异基因中有1102条基因有注释,其中983个被上调的基因被注释到,119个下调的基因被注释到。通过GO富集分析发现这些基因主要参与形态发生的发育生长,细胞生长,授粉等;通过KEGG富集分析发现表达的差异基因主要参与了Toll和lmd信号通路、神经营养因子信号通路、NF-κB信号通路、MAPK信号通路等。4.钟花报春异型花柱S-locus相关基因的表达分析报春花属的异型花柱发育是由S-locus位点控制的,我们分析了与S-locus相关的三个基因:GLO1,GLO2,CYP734A50,以及3个连锁标记Pv SLL1、Pv SLL2、Pv Glo在钟花报春中的表达模式,利用最大期望算法分析其表达量发现,Pv SLL1、Pv SLL2、GLO1在长短花柱内均有表达,但差异不显著,Pv Glo基因在钟花报春长短花柱中都没有表达,CYP734A50仅在短柱花的一个样品中有很微弱的表达,GLO2在长柱花中缺失,仅在短柱花中表达。以上结果表明:钟花报春长柱花与短柱花与异型花柱相关的差异表达基因主要参与花粉管的形态发育和生长等通路;与异型花柱形成相关的S-locus的6个基因在长柱花和短柱花的表达模式存在差异,其中基因GLO2只在短柱花中表达,能促进花药着生位置升高。本研究为研究报春异型花柱形成的过程和机制提供了一定的证据,有助于深入理解异型花柱适应性进化的意义。
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