银杏叶型筒状变异分析与叶片背-腹轴发育调控基因演化研究
叶为植物接受光能，吸收二氧化碳的主要器官，叶型很大程度上决定了植物的光合效率，对植物适应环境至关重要。3.6亿年前的泥盆系(Devonian)时期，平整的，带有叶脉的巨型叶(megaphyll leaves)植物产生，其光合作用效率明显胜出，迅速繁衍，奠定了巨型叶植物在陆地上的统治地位。因此，有关叶型的研究一直是演化发育生物学和农业科学领域的研究热点。 目前对叶型的发育研究主要分为三个方面:中-侧轴(medial-lateral)，基-顶轴(proximal-distal)，背-腹轴(adaxial-abaxial)。其中背-腹轴发育研究最为重要，背-腹轴发育异常会导致叶片卷曲，降低光能接受面积，甚至造成植物死亡。本研究利用筒状叶型银杏天然突变体材料，研究其叶片发育过程中叶片背-腹轴发育调控基因相对于野生型的表达量变化，以填补叶型研究在裸子植物领域的空白。本研究利用叶芽与野生型叶芽转录组数据，应用hisat2，stringtie，edgeR等软件进行基因差异表达分析，结果得到3569个显著差异表达的基因，应用volcano plotting方法对这些基因进行进一步筛选（筛选条件为|log2FoldChange|＞1并且-log2Pvalue＞100），共得到399个极端差异表达基因，并且对差异表达基因进行GO enrichment分析和KEGG pathway分析。此外，本研究通过转录组数据对叶片背-腹轴发育关键基因ARF3，ARF4，AS1，KANADI1，YABBY5,PHABULOSA，PHAVOLUTA，REVOLUTA在银杏变异叶芽与野生型叶芽中的表达量变化进行分析，通过实时定量PCR对上述叶片背-腹轴发育关键基因在单筒，单针，双筒，双针，一针一筒，一叶一筒，一叶一针和深裂对开八种不同变异叶型的叶片中的表达量进行比较，发现了叶片背-腹轴发育关键基因在叶芽时期整体上呈现促背轴发育基因表达量上调趋势，为后续研究更加深入地了解裸子植物叶片背-腹轴发育奠定基础。 此外，本研究分析了叶片背—腹轴发育关键基因ARF3，ARF4，AS1，KANADI1，YABBY5，PHABULOSA，PHAVOLUTA，REVOLUTA在小立碗藓（Physcomitrella patens），江南卷柏（Selaginella moellendorffii），银杏（Ginkgo biloba），挪威云杉（Picea abies），火炬松（Pinus taeda），毛果杨（Populus trichocarpa），无油樟(Amborella trichopoda)，水稻（Oryza sativa）中的同源基因拷贝数目与基因结构，展现了目前已解析出来的叶片背—腹轴发育基因调控网络做为一个整体在从苔藓到石松到裸子植物，最终到被子植物的大尺度演化历程，提出了裸子植物最近共同祖先为针状叶型的猜想，为后续研究更加深入地了解植物叶片背-腹轴发育基因调控网络的演化奠定基础。
银杏;叶片背;腹轴发育;基因调控;筒状变异
中国林业科学研究院
硕士
生物化学与分子生物学
卢孟柱
2018
中文
S792.95
95
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）