榨菜和紫甘蓝远缘杂交及其多倍化过程优势性状产生的分子机理研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cstmddn
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本研究以榨菜(Brassica juncea)和紫甘蓝(B.oleracea)远缘杂交及多倍化获得的异源三倍体与异源六倍体为实验材料,开展了远缘杂交及多倍化过程中基因表达与优势性状产生的分子机理研究。通过基因表达规律研究,明确了杂交及多倍化过程中基因表达存在加性与非加性模式,筛选到了与蜡质层等优势性状相关的关键非加性表达基因,发现了与DNA甲基化过程相关的基因非加性上调表达;通过探究基因组DNA甲基化模式的变化,初步解析了远缘杂交及多倍化过程DNA去甲基化与优势性状产生的相关性,明确了非加性上调表达的DNA去甲基化酶同源基因AtDML3的功能;同时,研究发现远缘杂交及多倍化过程中miRNA呈非加性表达,并且参与调控抗TuMV等优势性状的产生,进一步解析了非加性表达miRNA调控优势性状产生的分子机理;最后,通过异源六倍体与榨菜回交,获得了田间观察抗病性强、叶色浓绿、具蜡质层的榨菜异附加系新种质。研究结果将为远缘杂交及多倍化过程优势性状的产生与利用提供理论依据和实践基础。取得的主要结果如下:(1)通过对榨菜(T)和紫甘蓝(C)远缘杂交种(H0)及其多倍化后代(S0)进行表达谱分析,发现远缘杂交及多倍化过程发生了基因表达差异,差异主要来源于杂交;有28.6%-29%的基因表达为非加性,以非加性抑制为主;通过对非加性表达基因功能富集分析,发现8个非加性上调表达基因参与芥子油苷合成途径,与S0总芥子油苷含量增加结果一致;发现58个非加性下调表达基因参与蜡质合成途径,叶片蜡质层切片观察与qRT-PCR结果一致。此外,4个非加性上调表达的基因参与DNA甲基化与去甲基化过程,推测会导致远缘杂交及多倍化过程甲基化水平的改变。结果表明:榨菜和紫甘蓝远缘杂交与多倍化过程发生了广泛的基因表达改变,非加性表达基因通过调控芥子油苷含量、蜡质性状来提高或维持S0叶菜的营养品质与感官品质。(2)为了探究非加性上调表达的DNA甲基化过程相关基因是否会引起远缘杂交及多倍化DNA甲基化水平与模式的变化,通过MSAP分析,发现远缘杂交发生了DNA甲基化水平的下降(T:42.1%,C:55.2%;H0:22.7%),而在S0(22.8%)中基本维持;H0与S0中DNA甲基化模式发生改变的频率为2.40%,通过扩增获得了19条发生DNA去甲基化的差异甲基化片段(DMF);qRT-PCR分析表明,DMF3、DMF6、DMF9与DMF18在H0与S0中均表达上调,其中包括泛素连接酶基因At ATL6和叶片衰老相关基因At NAC042;通过同源性比对分析,发现2个非加性上调表达的参与DNA甲基化与去甲基化过程的基因BjuA003228和BjuB045323与DNA去甲基化酶基因AtDML3一致性最高,推测存在功能相似性。结果表明:远缘杂交与多倍化是DNA甲基化水平降低的过程,DNA去甲基化酶的非加性表达参与触发了杂交种(H0与S0)的DNA甲基化改变,去甲基化的位点或许与叶片延衰等性状相关。(3)为了探究非加性表达的DNA去甲基化酶同源基因AtDML3的功能,通过对突变体观察发现除叶片衰老发生时间,dml3与野生型生长和发育状态基本一致;利用WGBS技术对dml3在叶片发育与衰老阶段DNA甲基化模式进行分析,发现dml3维持较高水平的CG类型甲基化;受到DML3调控的CG类型的差异甲基化基因(DMG)共有634个,其中有16.2%在叶片衰老过程被激活。通过BSP与qRT-PCR对12个衰老相关DMG进行差异位点甲基化模式验证与表达分析,发现DNA甲基化水平与表达水平呈负相关关系,而在dml3中却相反。结果表明:AtDML3通过参与一组衰老相关基因去甲基化调控拟南芥叶片发育。(4)为了探究远缘杂交及多倍化过程miRNA的非加性表达模式及对基因表达的调控机制,通过对T、C、H0和S0进行smallRNA测序分析,发现远缘杂交及多倍化过程发生了miRNA表达改变,差异主要来源于杂交;15%-16%的miRNA发生非加性表达,以非加性抑制为主,约40%的miRNA与其靶基因呈非加性负相关关系;对非加性抑制miRNA的靶基因进行KEGG通路富集分析,发现其参与油菜素内酯合成、淀粉和蔗糖代谢等途径,推测非加性抑制的miRNA通过调控靶基因增加生物量;此外,受TuMV诱导的bra-miR1885b在H0与S0均非加性抑制,而其抗病靶基因BjuB038637和BjuB029447非加性上调表达;对bra-miR1885b进行功能分析,发现榨菜过表达株系对TuMV的敏感性提高,利用STTM1885b抑制榨菜内源bra-miR1885b活性,则降低其感病程度,S0表现为低感病。结果表明:远缘杂交及多倍化过程通过非加性表达的miRNA参与调控生物量、抗病性等优势性状的产生。(5)为了利用S0的优势性状进行新种质创制,将S0与榨菜回交3代获得了榨菜-紫甘蓝异附加系群体TCnA2代(T、C、n、A分别表示榨菜、紫甘蓝、染色体编号、附加)1036株;利用紫甘蓝对于榨菜单一EST-SSR标记对TCnA2代进行染色体组成鉴定,发现附加1条(对)-2条(对)染色体占50%以上;田间观察发现,TCnA2代群体部分叶色深绿,植株生长后期TuMV感病情况减弱。结果表明:以远缘杂交与多倍化获得的异源六倍体作为桥梁亲本,一方面可以通过蜡质层的提高形成组成型防御,另一方面添加紫甘蓝基因组可以触发bra-miR1885b的非加性抑制,调控抗病基因抵御TuMV,能够获得附加紫甘蓝染色体的优质抗病异附加系。
其他文献
氮素是植物生长发育的所需的重要元素。目前世界各国面临氮素缺乏、氮肥不合理施用、利用率不高等问题,严重制约蔬菜等农作物的产量与品质。自噬在营养缺乏的情况下,可以将细胞内容物运输到液泡中降解,促进营养的重吸收与再利用。然而自噬与氮素吸收及利用的关系以及上下游调控网络尚不清楚。本文以蔬菜作物番茄(Solanum lycopersicum)为研究材料,主要开展了自噬关键基因ATG6在低氮胁迫中的功能研究,
光是维持植株生存的基本条件之一,植物将光能转化为化学能从而为生长发育提供物质和能量,但当光照强度超出植物所需的阈值时,就会对植物产生高光胁迫,造成光氧化细胞损伤和光抑制,极大地限制植物的正常生长与发育。在光照充足的盛夏时节或高海拔地区,高光胁迫是番茄(Solanum lycopersicum)等蔬菜作物生产中常见的非生物胁迫之一,而由转录因子介导的胁迫信号转导通路是植物应对逆境的重要适应机制之一。
近年来,我国设施蔬菜产业蓬勃发展,其中番茄是我国重要的蔬菜经济作物。但是全球气候变化带来的极端天气使得在番茄实际生产中频繁遭受非生物以及生物逆境,造成巨大的经济损失。设施覆盖遮阴、阴雨天气、以及近年来的雾霾多发等带来的设施弱光问题常导致番茄生产上病害高发频发,尤其是由Pseudomonas syringae pv.tomato(Pst)DC3000引起的番茄细菌性叶斑病,危害大且防控难。生产中主要
低温严重影响番茄(Solanum lycopersicum)等喜温作物的生长发育、产量和品质,对我国设施蔬菜的营养价值和经济效益造成了极其恶劣的影响。因此,探索蔬菜作物缓解低温伤害的途径,对于提高蔬菜的产量和品质意义重大。油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)和独角金内酯(Strigolactones,SLs)都是非常重要的植物激素,广泛参与植物的生命活动和逆境响应。BRs和SLs
黄绿卷毛菇(Floccularia luteovirens)是青藏高原特有的野生珍稀食药用菌,其营养价值和药用价值极高,具有重要的研究价值与开发前景,近年来受到广泛关注。但是,在过去的几十年中黄绿卷毛菇始终没有得到较为深入的研究。因此,本论文对黄绿卷毛菇菌丝体的生理特性、关键活性物质、多组学及遗传代谢展开了研究。论文取得以下有价值的结果:1.首次获得了黄绿卷毛菇菌丝和孢子在电镜下的微观结构特征。建
中国亚热带地区是第三纪孑遗植物的重要避难所,保留了许多局域分布甚至濒临灭绝的珍稀植物。然而,我们对第三纪以来的气候变化和近期的人类活动对这些孑遗植物的遗传多样性分布格局和适应性潜力的影响仍知之甚少。金钱槭属(Dipteronia Oliv.)为东亚特有的第三纪孑遗木本属,古近纪曾广泛分布于东亚和北美,而现存的两个物种仅分布于东亚孑遗植物的长期避难所,其中金钱槭(D.sinensis Oliv.)较
桃【Prunus persica(L.)Batsch】是中国北方诱发食物过敏最常见的水果之一。中国作为桃的原产国,桃的种植量和消费量很大,由桃引起的过敏在国内也常被报道。目前在桃果实中一共发现六种过敏原,分别是Pru p 1-Pru p 4,Pru p 7和一种N端四个氨基酸为ENEA的蛋白,因为没有确定的蛋白归类,暂时命名为ENEA。在欧洲,Pru p 1和Pru p 3由于其广泛的交叉性和强致
认知方面的内容属于内隐层面的知识。处于青春期初期的初一学生,难以通过省察的方式认识自己的认知发展。学术研究对青春期认知发展的特点,也多从群体表征进行描述,对于发展程度不一的学生来说指导性有限。因此,认知发展是统编《道德与法治》七年级下册的一个教学难点,需要教师剖析核心概念、分析教材内容、运用合适教学策略,以最
期刊
芥子油苷是一类主要存在于十字花科植物中的含氮含硫的植物次生代谢物质。芥子油苷的生物学功能非常广泛,不仅可以帮助植物抵御病原菌侵袭、防御昆虫及提高自身免疫,而且其自身及降解产物具有较强的抗癌活性。芸薹属蔬菜是我国蔬菜产业的重要组成部分。芥子油苷在芸薹属蔬菜中含量丰富,其不仅影响芸薹属蔬菜的风味和营养,而且在抵御蔬菜重要病害如黑斑病等中发挥重要的作用。目前,在模式植物拟南芥中芥子油苷生物合成途径和调控
猪流行性腹泻病毒(PEDV)是一种属于套式病毒目,冠状病毒科,α冠状病毒属的有囊膜的单股正链RNA病毒。本研究在PEDV入侵宿主的受体使用以及宿主对PEDV感染的应答调控方面进行了相关研究,旨在更全面深入地认识PEDV与宿主的互作关系,为PEDV临床防治提供理论依据。Vero细胞(ATCC CCL-81)是PEDV体外繁殖最常用的细胞。然而,对于与猪源氨基肽酶N(pAPN)相对应的Vero细胞AP