茄子种间杂交亲和性差异相关基因的表达研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanyong
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茄子(Solanum melongena L.)是我国广受欢迎的蔬菜作物。其经过长期品种选育,遗传背景变得越来越狭窄,缺少茄属野生资源许多抗性基因,而远缘杂交是改良茄子抗性的有效途径。前人研究表明茄子与近缘种杂交存在生殖障碍,种间杂交单果种子数量存在明显差异,这可能与授粉受精生物学特性相关,目前在茄属种间杂交中关于这一现象的机制还不清楚。因此,研究种间杂交组合授粉受精过程的差异机制,有助于进一步了解种间杂交单果种子数量存在明显差异的原因,对于丰富茄子杂交育种相关理论基础具有重要意义。本文以栽培茄177、SHF和野生近缘种(Solanum aethiopicum)53、Y11为材料进行杂交,自交作为对照,通过花粉粒形态观察、花粉活力检测、授粉组合春秋两季座果率比较、单果种数统计来分析杂交亲和性;进而观察花粉管行为和双受精过程;最后对177?0天、177?4天、177?6天、177×53 4天、177×53 6天、177×Y11 4天、177×Y11 6天的子房进行转录组测序,分析亲和性差异组合在双受精过程中的差异,探讨差异产生的内在机制。主要结果如下:1、栽培茄177、SHF与野生近缘种53、Y11花粉粒形态相似(赤道面观为长椭圆形,极面观呈三裂圆形,花粉外壁纹饰类型均为颗粒状),但栽培茄花粉粒显著大于野生近缘种;杂交均能坐果并产生种子。但自交与杂交组合的坐果率存在差异,自交组合坐果率高于杂交组合,但坐果率受环境影响大,栽培茄作母本秋季坐果率高于春季,野生茄做母本春季高于秋季,在春、秋两季,177?坐果率分别为74.59%、84.44%,177×Y11坐果率分别为28.80%、55.37%,177×53坐果率分别为17.93%、53.78%,177作为母本春、秋两季坐果率自交组合显著高于杂交组合,且177?在春、秋两季坐果率均较高,具有较好的稳定性;自交与杂交组合的单果种子数存在差异,自交单果种子数显著多于杂交组合。2、自交与杂交组合在花粉萌发与花粉管的生长上表现正常,且自交和杂交花粉管生长速率基本一致,所有组合在授粉后2h均在柱头上萌发。177?、177×53、177×Y11、SHF?、SHF×53、SHF×Y11组合,授粉后24h均到达花柱基部,授粉后48~72h均到达胚珠附近;53?、53×177、53×SHF、Y11?、Y11×177、Y11×SHF,授粉后16h均到达花柱基部,授粉后24~48h均到达胚珠附近;3、177?、177×53、177×Y11均在授粉后4天发现精细胞向卵细胞核和极核靠近,双受精开始发生。在授粉后6天发现精细胞与卵细胞融合,SHF表现与其一致。53?、53×177、53×SHF、Y11?、Y11×177、Y11×SHF组合在授粉后4天发现精细胞与卵细胞融合,形成合子。177?2天后仍可见完整的助细胞。4、通过对177?0天、177?4天、177?6天、177×53 4天、177×53 6天、177×Y11 4天、177×Y11 6天的子房进行转录组测序,共得到83870条unigene,将7个样本以NP空白对照,分析AP1774D vs AP534D、AP1774D vs APY114D、AP1776D vs AP536D、AP1776D vs APY116D,分别获得了346、2559、8207和2131个DEGs,对这些DEGs进行时序表达模式分析发现,自交与杂交时序表达模式存在差异,两个杂交时序表达模式相似。杂交组合差异表达基因主要富集在“驱动蛋白复合体”、“依赖于ATP的微管运动活性,加上末端定向”和“依赖ATP的微管运动活性”上,而自交组合差异表达基因主要富集在“含核碱化合物代谢过程”、“细胞芳香化合物代谢过程”、“细胞大分子代谢过程”、“氮化合物代谢过程”、“异周期代谢过程”和”核酸代谢过程”。对DEGs进行KEGG富集发现DEGs主要富集在植物信号转导、植物病原体互作、泛素介导的蛋白水解、MAPK信号转导等途径,这些途径可能参与了双受精过程。5、用q-PCR对12个基因进行相对表达量分析。其中,TRINITY_DN21699_c0_g1、TRINITY_DN2934_c0_g1和TRINITY_DN12370_c0_g1在授粉4、6天后均下调表达。TRI NITY_DN11326_c0_g1和TRINITY_DN25513_c0_g1在授粉4、6天后均上调表达。TRINI TY_DN29891_c2_g3和TRINITY_DN22701_c0_g1在授粉4、6天后,自交上调表达,杂交下调表达。TRINITY_DN27571_c11_g1在授粉4天后,自交上调表达,杂交下调表达,授粉6天后均下调表达。TRINITY_DN29103_c1_g1在授粉4天后,自交下调表达,杂交上调表达,授粉6天后均上调表达。TRINITY_DN37493_c0_g1在授粉4天后,自交上调表达,杂交下调表达,授粉6天后均上调表达。TRINITY_DN1996_c0_g1在授粉4天后,自交上调表达,杂交下调表达,在授粉6天后,自交下调表达,杂交上调表达。TRINITY_DN30426_c4_g2仅AP536D在授粉6天后上调表达,其他组合在授粉4、6天后均下调表达。这12个差异基因表达趋势与RNA-Seq结果基本一致,说明转录组数据的可靠性。
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