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1、胡蘿卜的瓣化型雄性不育系是胡蘿卜雜交育種過(guò)程中的主要應(yīng)用類(lèi)型,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其不育性是由于花發(fā)育過(guò)程中雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)引起的,因此瓣化型CMS不僅是研究核質(zhì)互作的理想材料,也是研究花的同源異型轉(zhuǎn)變的重要材料。然而長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)瓣化型CMS的發(fā)生機(jī)制的研究主要集中于線(xiàn)粒體基因,對(duì)核上基因的研究較少并且沒(méi)有從整體水平上研究CMS的形成機(jī)理,到目前為止CMS產(chǎn)生的分子機(jī)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(duì)處于不同發(fā)育時(shí)期(T1-T4)的P2S和P2M的花序發(fā)育過(guò)程進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀(guān)察分析,然后對(duì)處于四個(gè)花發(fā)育時(shí)期的不育系及保持系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,從整體上對(duì)胡蘿卜瓣化型CMS產(chǎn)生的原因進(jìn)行初步解析。
掃描電鏡觀(guān)察結(jié)果表明:T1時(shí)期,莖尖組織中央萌發(fā)出一個(gè)頂端分生組織;T2時(shí)期,內(nèi)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(shí)期,小花序逐漸發(fā)育成熟,并且在小花
3、序內(nèi)部萌發(fā)出大量花原基;T4時(shí)期,小花序內(nèi)部的小花原基發(fā)育成未成熟的小花。
經(jīng)過(guò)Illumina測(cè)序,總共獲得了426,863,333條高質(zhì)量的雙端clean reads,每個(gè)cDNA文庫(kù)表達(dá)的基因在23621到26200之間。同時(shí)獲得2838個(gè)差異表達(dá)基因,其中在不育系中有1495個(gè)基因顯著下調(diào),1343個(gè)基因顯著上調(diào)。相比于不育系,分別有217、470、1355、796個(gè)基因在處于T1、T2、T3和T4時(shí)期的保持系中差異表
4、達(dá)。大量的差異表達(dá)基因參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和苯丙素生物合成途徑。21個(gè)參與植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和22個(gè)參與苯丙素和類(lèi)黃酮生物合成途徑的差異表達(dá)基因在T3時(shí)期的不育系中表達(dá)顯著下調(diào)。此外,12個(gè)參與氧化磷酸化過(guò)程的線(xiàn)粒體基因包括5個(gè)ATP合酶、4個(gè)細(xì)胞色素c氧化酶以及3個(gè)NADH脫氫酶基因在T3時(shí)期的不育系中呈低水平表達(dá),顯著低于保持系中表達(dá)水平。不育系中13個(gè)PPR蛋白相關(guān)基因在T2時(shí)期表達(dá)量顯著低于保持系的表達(dá)量,但是其中
5、9個(gè)差異基因在T3時(shí)期表達(dá)量顯著上調(diào)并且超過(guò)保持系的表達(dá)量。相似地,22個(gè)參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工通路的熱激蛋白相關(guān)基因在T2-T4時(shí)期不育系中的表達(dá)顯著上調(diào)。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)9個(gè)花器官發(fā)育相關(guān)的MADS-box基因在不育系和保持系之間差異表達(dá),其中DcP、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2時(shí)期不育系中表達(dá)量顯著低于保持系中的表達(dá)量,可能是導(dǎo)致雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵原因。然而從T2到T3時(shí)期,9個(gè)MADS-box基因的表達(dá)
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