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油桐(Vernicia fordii)属于大戟科(Euphorbiaceae),为多年生落叶木本油料作物,是我国热带和亚热带特有的经济林,同时也是生产生物柴油的重要原材料。油桐种子中含油量为50-60%,油脂中75%是α-酮烯酸(α-eleostearic acid),其决定了桐油的质量。随着能源危机,在中国油桐作为重要的木本能源植物越来越受到关注。油桐为雌雄异花同株植物,花序为圆锥状聚伞花序,在当年生的枝条顶端形成。在花序中,只有一个或几个雌花生在花序主轴的中心或二级花序轴的顶端,周围被雄花围绕。雄花远远比雌花多,平均雌雄比为1:27,低产量严重制约了油桐产业花的发展。因此,为了改变油桐雌雄花比和提高油桐产量,研究油桐花发育、性别决定的过程及雌雄花性别决定相关基因的查找具有十分重要的意义,为下一步的遗传育种提供理论依据。本研究主要内容如下:1.油桐花发育1)油桐花芽物候期观察(合肥),其分化的时间为每年的6月至7月底之间,分化周期从当年的6月或7月至下年的4月份为止。因此根据物候学理论将油桐花芽分化分成6个时期:枝芽发育(bud development)、枝条伸长(shoot elongation)、花序分化起始(initiation of inflorescence differentiation)、花序休眠(inflorescence dormancy)、萌芽期(bud burst)和花序轴伸长(inflorescence axes elongation)。2)显微形态和扫描电镜观察,油桐雌、雄花的发育可分为12个时期。在前6个时期,雌、雄花之间不存在明显的形态学差异;在发育时期7时,雌、雄花具有明显的形态学差异,即雌、雄花性别分化起始阶段。油桐雄花在形成过程中,始终保持单性花的状态;但油桐雌花首先经历两性期,之后由于雄蕊的退化,形成单性花。3)形态学观察,油桐雌花雄蕊的发育停滞在雌花发育时期10,花药分化不正常,小孢子母细胞无法完成减数分裂形成四分体。在随后的发育过程中,即停滞在减数分裂前(pre-meiosis)。4)细胞学观察,雌花雄蕊在花发育时期11时发生细胞凋亡,从而实现两性花向单性花的转变。2.油桐雌雄花转录组分析应用Illumina Hiseq 2500对油桐雌雄花(花发育时期7)进行转录组测序,产生了 56,065个非冗余的unigene,总长58,533,301 bp,平均长度为1,044 bp,序列最长为23,196 bp,N50为1,463 bp。以拟南芥TAIR10蛋白数据库进行BlastX比对,共注释到24,567个基因,每个油桐unigene ID对应一个拟南芥AGI号。油桐雌、雄花性别差异基因为812个DEGs,其中有387个DEGs在雄花中显著性表达,425个DEGs在雌花中显著性表达。通过与拟南芥蛋白数据库比对,812个油桐雌雄DEGs中有608个比对到拟南芥的AGIs而得到注释结果,其中,310个DEGs在雄花中显著性表达,298个DEGs在雌花中显著性表达。油桐雌雄花差异基因GO富集分析,雌花性别形态的形成受到茉莉酸(LO和LOX3)及其响应转录因子(GL3、MYB3、WRKY33、WRKY53和MYB73等)、和花分生组织活性的基因(SPLAYED和AGO10)影响。对油桐而言,我们推测JA具有组织或细胞特异性调节功能,从而促进雌蕊的分化而形成雌花的两性态特征。3.油桐雌雄花蛋白质组学分析建立了适合油桐蛋白二维电泳的方法,可以有效地分离各种蛋白组分,且重复性好。对油桐雌雄花(花发育时期7)进行二维电泳分析,共筛选出17个差异蛋白,MALDI-TOF/TOF质谱鉴定出14个功能性蛋白,其中2个特异性在雄花中表达,10个特异性在雌花中表达。在这10个雌花特异性蛋白中,抗坏血酸过氧化物酶、天冬氨酸蛋白酶和亲环蛋白参与到雄蕊败育和雌蕊形成,可以作为油桐性别决定的候选基因。