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雌性系是蓖麻杂种优势利用的主要途径,镶嵌系是雌性系繁殖最重要、最经济有效的材料。镶嵌雄花的表达具有不稳定性,其生理和遗传机制尚不清楚,影响了它在生产上的应用效果。研究蓖麻镶嵌系与雌性系间的生理及基因差异,可为蓖麻性别分化调控及其育种应用提供参考。
本试验以相同遗传背景的镶嵌系和雌性系为材料,在主穗现蕾期和盛花期分别对叶片叶绿素相对含量、净光合速率、可溶性营养物质及内源激素进行测定。在现蕾期、开花期及盛花期对花序进行转录组测序,对转录组测序cleanreads数据分析、筛选与性别分化相关差异基因进行GO、KEGG、KOG注释。结果表明:
1、在现蕾期,镶嵌系的可溶性糖和细胞分裂素含量显著高于雌性系(分别高于雌性系36.9%、61.5%)、赤霉素含量显著低于雌性系(达25.6%),在盛花期,镶嵌系的叶绿素相对含量、净光合速率、赤霉素、生长素和乙烯含量比雌性系显著升高,幅度高达15.2%、23.3%、13.8%、33.5%、73.8%;可溶性糖、可溶性淀粉和脱落酸显著下降,幅度分别为38.0%、54.9%、14.8%。可见,镶嵌雄花的形成先以可溶性糖和细胞分裂素增加为特征,之后伴随着营养物质消耗增加、叶绿素含量与净光合速率的上升和赤霉素、生长素与乙烯水平的提高以及脱落酸水平的降低。
2、对镶嵌系、雌性系间基因表达量比较分析:现蕾期,共有45个差异基因,其中22个上调基因,23个下调基因。开花期,共385个差异基因,351个上调基因,34个下调基因。盛花期,共504个差异基因,88个为上调基因,416个为下调基因。
3、对镶嵌系与雌性系间差异基因进行GO分析,发现蓖麻性别分化与细胞氨基酸代谢、DNA结合、乙烯活性信号通路、激素应答、转录调控活性、有机物分解代谢等基因相关。
4、对镶嵌系、雌性系差异基因进行KEGG富集,现蕾期,有2条通路,即氨基糖和核苷酸糖代谢通路;开花期有14条通路,分别是次生代谢产物的生物合成、络氨酸代谢、苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢等;盛花期有5条通路,即植物病原菌互作,脂肪酸伸长、植物MAPK信号转导途径、植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成。
5、镶嵌系、雌性系间差异基因KOG注释分类主要集中在碳水化合物运输和代谢、信号转导机制、一般功能预测、次生代谢产物的合成运输和代谢分解等。碳水化合物及信号转导机制在花序分化的不同时期均表现出显著差异水平。
本试验以相同遗传背景的镶嵌系和雌性系为材料,在主穗现蕾期和盛花期分别对叶片叶绿素相对含量、净光合速率、可溶性营养物质及内源激素进行测定。在现蕾期、开花期及盛花期对花序进行转录组测序,对转录组测序cleanreads数据分析、筛选与性别分化相关差异基因进行GO、KEGG、KOG注释。结果表明:
1、在现蕾期,镶嵌系的可溶性糖和细胞分裂素含量显著高于雌性系(分别高于雌性系36.9%、61.5%)、赤霉素含量显著低于雌性系(达25.6%),在盛花期,镶嵌系的叶绿素相对含量、净光合速率、赤霉素、生长素和乙烯含量比雌性系显著升高,幅度高达15.2%、23.3%、13.8%、33.5%、73.8%;可溶性糖、可溶性淀粉和脱落酸显著下降,幅度分别为38.0%、54.9%、14.8%。可见,镶嵌雄花的形成先以可溶性糖和细胞分裂素增加为特征,之后伴随着营养物质消耗增加、叶绿素含量与净光合速率的上升和赤霉素、生长素与乙烯水平的提高以及脱落酸水平的降低。
2、对镶嵌系、雌性系间基因表达量比较分析:现蕾期,共有45个差异基因,其中22个上调基因,23个下调基因。开花期,共385个差异基因,351个上调基因,34个下调基因。盛花期,共504个差异基因,88个为上调基因,416个为下调基因。
3、对镶嵌系与雌性系间差异基因进行GO分析,发现蓖麻性别分化与细胞氨基酸代谢、DNA结合、乙烯活性信号通路、激素应答、转录调控活性、有机物分解代谢等基因相关。
4、对镶嵌系、雌性系差异基因进行KEGG富集,现蕾期,有2条通路,即氨基糖和核苷酸糖代谢通路;开花期有14条通路,分别是次生代谢产物的生物合成、络氨酸代谢、苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢等;盛花期有5条通路,即植物病原菌互作,脂肪酸伸长、植物MAPK信号转导途径、植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成。
5、镶嵌系、雌性系间差异基因KOG注释分类主要集中在碳水化合物运输和代谢、信号转导机制、一般功能预测、次生代谢产物的合成运输和代谢分解等。碳水化合物及信号转导机制在花序分化的不同时期均表现出显著差异水平。