胡蘿卜瓣化型細胞質雄性不育系及其保持系的轉錄組分析.pdf

1、胡蘿卜的瓣化型雄性不育系是胡蘿卜雜交育種過程中的主要應用類型，具有重要的應用價值。其不育性是由于花發(fā)育過程中雄蕊轉變?yōu)榛ò隊罱Y構引起的，因此瓣化型CMS不僅是研究核質互作的理想材料，也是研究花的同源異型轉變的重要材料。然而長期以來對瓣化型CMS的發(fā)生機制的研究主要集中于線粒體基因，對核上基因的研究較少并且沒有從整體水平上研究CMS的形成機理，到目前為止CMS產(chǎn)生的分子機制仍不明確。本研究以胡蘿卜瓣化型CMS系(P2S)及其保持系(P2M

2、)為材料，首先利用掃描電鏡對處于不同發(fā)育時期(T1-T4)的P2S和P2M的花序發(fā)育過程進行形態(tài)學觀察分析，然后對處于四個花發(fā)育時期的不育系及保持系進行轉錄組分析，從整體上對胡蘿卜瓣化型CMS產(chǎn)生的原因進行初步解析。
　　掃描電鏡觀察結果表明:T1時期，莖尖組織中央萌發(fā)出一個頂端分生組織;T2時期，內部萌發(fā)有小花原基的未成熟的小花序在總花序外圍出現(xiàn)，并且總花序的中間依然存在大量的小花序原基;T3時期，小花序逐漸發(fā)育成熟，并且在小花

3、序內部萌發(fā)出大量花原基;T4時期，小花序內部的小花原基發(fā)育成未成熟的小花。
　　經(jīng)過Illumina測序，總共獲得了426，863，333條高質量的雙端clean reads，每個cDNA文庫表達的基因在23621到26200之間。同時獲得2838個差異表達基因，其中在不育系中有1495個基因顯著下調，1343個基因顯著上調。相比于不育系，分別有217、470、1355、796個基因在處于T1、T2、T3和T4時期的保持系中差異表

4、達。大量的差異表達基因參與內質網(wǎng)蛋白加工、植物激素信號轉導和苯丙素生物合成途徑。21個參與植物激素信號轉導和22個參與苯丙素和類黃酮生物合成途徑的差異表達基因在T3時期的不育系中表達顯著下調。此外，12個參與氧化磷酸化過程的線粒體基因包括5個ATP合酶、4個細胞色素c氧化酶以及3個NADH脫氫酶基因在T3時期的不育系中呈低水平表達，顯著低于保持系中表達水平。不育系中13個PPR蛋白相關基因在T2時期表達量顯著低于保持系的表達量，但是其中

5、9個差異基因在T3時期表達量顯著上調并且超過保持系的表達量。相似地，22個參與內質網(wǎng)蛋白加工通路的熱激蛋白相關基因在T2-T4時期不育系中的表達顯著上調。同時我們還發(fā)現(xiàn)9個花器官發(fā)育相關的MADS-box基因在不育系和保持系之間差異表達，其中DcP、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2時期不育系中表達量顯著低于保持系中的表達量，可能是導致雄蕊轉變?yōu)榛ò隊罱Y構的關鍵原因。然而從T2到T3時期，9個MADS-box基因的表達