观赏羽衣甘蓝遗传多样性分析及花青素代谢相关基因挖掘

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羽衣甘蓝(Brassica oleracea var.acephala DC)为十字花科芸薹属甘蓝种的一个变种,属二年生草本观叶花卉,其叶色多彩绚丽,且耐寒性极强,在冬季园林应用中具有重要的地位。目前,国内市场上现有的羽衣甘蓝品种繁多,且新的品种也在源源不断地流入市场,为羽衣甘蓝的科学引种和高效推广带来了较大的困难。本研究以表型性状差异较大且有代表性的34个羽衣甘蓝品种为材料,并选择其中6个差异大的羽衣甘蓝品种对基于全基因组重测序开发的284对芥蓝In Del(Insertion-deletion)标记进行引物通用性分析,从而筛选出适合用于羽衣甘蓝的多态性In Del标记。进一步利用筛选的得到多态性标记对34个羽衣甘蓝品种进行遗传多样性分析和指纹图谱构建,以期为羽衣甘蓝资源评价、品种维权以及新品种选育提供理论依据。最后,以紫叶和白叶羽衣甘蓝DH系为材料进行转录组测序,挖掘紫叶羽衣甘蓝中与花青素代谢相关的基因,旨在为品种改良提供科学的参考依据。具体研究内容和获得的主要结果如下:(1)利用本课题组前期开发的284对芥蓝In Del标记对6个羽衣甘蓝品种进行PCR检测,结果表明:284对In Del标记中有262对在羽衣甘蓝中能有效扩增,引物的有效扩增比例为92.25%;212对In Del标记在至少2个羽衣甘蓝品种中具有多态性,引物的多态性比例为74.65%。对扩增条带进行分析,262对有效扩增的In Del引物共扩增出894条带,其中721条为多态性条带,多态性比例为80.65%。由此可见,芥蓝In Del标记在羽衣甘蓝中具有较高的通用性和较好的多态性。(2)从212对In Del标记中挑选74对多态性高、条带清晰且在染色体上均匀分布的In Del标记,对34个羽衣甘蓝品种进行标记分型,共扩增出291个多态性位点。34个羽衣甘蓝品种的遗传相似性系数在0.63~0.93之间,且在遗传相似性系数为0.71时,34个羽衣甘蓝品种可分为4大类;在遗传相似性系数为0.74时,34个羽衣甘蓝品种又可分为9个亚类。聚类结果基本上可以将皱叶类和圆叶类羽衣甘蓝聚为1类,将波浪叶类和裂叶类羽衣甘蓝聚为1类,将皱裂叶类羽衣甘蓝单独聚为1类,且皱裂叶羽衣甘蓝和其它的叶形遗传距离最远。另外,利用8对In Del引物组合构建了34个羽衣甘蓝品种DNA指纹图谱,成功将34个羽衣甘蓝品种区分开。(3)对紫叶和白叶羽衣甘蓝DH系进行了转录组测序,共获得37.26 Gb clean data,通过与参考基因组比对和生物信息学分析,筛选出在两个样本中显著差异表达的1778个基因,其中有867个基因在紫叶品种中上调,有911个基因在紫叶品种中下调。将这些基因比对到GO、COG和KEGG三个功能数据库中,结果发现:在GO数据库中,共有1336个基因被注释到53个二级功能中,且富集较多的代谢功能可能与花青素合成途径的多个代谢反应有关;在COG数据库中,共有545个基因被注释到26个功能中,且富集最多的碳水化合物功能可能与花青素类等物质有关;在KEGG数据库中,共有326个基因被富集到108个代谢通路中,且最显著富集的代谢途径为类黄酮的生物合成途径,该途径也是花青素合成的主要途径。通过以上结果,进一步筛选花青素代谢相关差异表达基因,结果表明:有16个基因被注释为花青素合成途径中的结构基因,有8个基因被注释为调控花青素合成相关的转录因子,大多数花青素合成的结构基因(4CL、CHS、CHI、F3’H和LDOX)在紫叶中表达水平显著上调,而一些转录因子如MYB和WD40在紫叶和白叶中也有显著差异表达,推测羽衣甘蓝花青素合成受这些差异表达基因调控,具体调控机制有待进一步验证。
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