芸薹属U三角植物间亲缘关系研究及芜菁雌蕊退化突变的转录差异分析
芸薹属是十字花科蔬菜中最为重要的一个属，共有六个基本种，包括三个二倍体的芸薹、甘蓝和黑芥，以及三个由上述三个二倍体两两杂交并自然加倍而成的异源四倍体的芥菜、埃塞俄比亚芥和甘蓝型油菜。其中的白菜、甘蓝、芥菜及甘蓝型油菜都是极其重要的经济作物或大田作物。但迄今为止对三个异源四倍体复合种融合过程中哪个二倍体基本种为母本问题还没有明确的定论。本研究基于核基因组SSR分子标记扩增与线粒体基因组PCR扩增两组实验结果，比较了芸薹属六个基本种代表物种间基因组的相似性，进而分析它们之间的亲缘关系。取得了以下研究结果：
(1)基于核基因组SSR分子标记扩增与线粒体基因组PCR扩增两种不同的方法得到了一致的结果，六个U三角代表物种两两聚在一起，芸薹与芥菜，黑芥与埃塞尔比亚芥，芸薹与芥菜两两聚为一类。
(2)研究结果明确了芸薹属U三角植物三个异源四倍体复合种融合过程中哪个基本种为母本的问题，并提供了客观的分子证据。其中，芥菜(B.juncea，AABB)的母本为芸薹(B.rapa，AA)；埃塞尔比亚芥BBCC(B.carinata，BBCC)的母本为黑芥(B.nigra，BB)；甘蓝型油菜(B.napus，AACC)的母本为甘蓝(B.oleracea,CC)。
此外，雌蕊发育是植物发育理论研究的一个热点，近几十年以来，国内外学者做了大量与雌蕊发育相关的理论和实验的探讨，应用很多新的技术和方法，取得了明显的研究进展，极大地丰富了相关领域的研究基础。但是，雌蕊发育的遗传调控机制仍有许多问题需要深入研究。我们以本实验室2002年从多代自交的芜菁021-03株系中发现的雌蕊退化突变体tpa(turnip pistil abortion)为材料，对芜菁雌蕊发育遗传调控机制进行了一系列的研究，取得了以下研究结果：
(1)通过田间调查以及显微观察发现，tpa具有独特的突变表型。芜菁雌蕊退化突变体的萼片、花瓣、雄蕊正常发育，突变体的部分雌蕊在发育早期开始萎缩，最后只能发育成细丝状的不育雌蕊；部分雌蕊完全缺失。另外，在突变体的花朵中，蜜腺一般会向雌蕊柄的位置生长，小部分蜜腺占据了原本应该属于雌蕊柄生长的位置。目前对两代tpa突变体及野生型的测交结果的统计显示，可育植株自交的分离比例有：0，１∶5.3，１∶28;不育植株交可育植株后代的分离比例有：１∶0.8，１∶１，１∶1.5。不符合单基因隐性遗传规律，很有可能是双基因隐性遗传控制的。同时，tpa突变性状具有温敏性。
(2)通过拟南芥基因芯片分析tpa及其野生型的花蕾转录组差异，发现了一些可能与雌蕊退化突变相关的候选基因。利用ATH1 genome array与芜菁雌蕊退化突变体及野生型的花序总RNA进行杂交，发现在不育系和野生型花蕾中基因表达存在一定差异。在tpa花蕾转录组中上调表达的基因有10个；下调表达的基因有7个，其中有5个是叶绿体内表达的基因。这些在tpa及其野生型植株中差异表达的基因分成细胞壁合成与调控、细胞骨架蛋白等十种功能类别。RT-PCR结果显示，这些基因在不同的组织中具有不同的表达特性，在tpa与野生型植株中上述基囚的表达差异并不是十分显著。只有两个基因是在花序中特异表达的，其它11个基因在花序、茎、叶片中都有表达，只是表达量有所不同。
(3)通过cDNA-AFLP分析芜菁雌蕊退化突变体与野生型的花蕾转录差异，得到了更多与雌蕊退化突变相关的TDFs。cDNA-AFLP分析共产生了3793条长度在50～600bp之间的cDNA片段，在芜菁雌蕊退化突变体和野生型植株花蕾转录组具有较大的差异。在两次cDNA－AFLP重复实验中都出现的差异片段有62条，在这62条TDFs中，成功回收别且克隆测序的有38条，在tpa花蕾转录组中上调表达的基因有27个，在wild type的花蕾转录组中上调表达的基因有11个。
目前，对芜菁雌蕊退化突变体的遗传特性分析，细胞学观察以及相关基因在芜菁中的表达分析正在继续之中。
芸薹属植物;十字花科蔬菜;亲缘关系;芜菁雌蕊;退化突变体;SSR;AFLP基因芯片
浙江大学;浙江大学农业与生物技术学院
硕士
蔬菜学
余小林
2010
中文
S565.401;Q949.748.3
71
2010-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）