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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。