菘藍(lán)同源多倍體及白菜-菘藍(lán)異源多倍體后代的細(xì)胞學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究.pdf

1、多倍化是植物進(jìn)化的重要推動(dòng)力，70％的被子植物在進(jìn)化過(guò)程中都曾經(jīng)歷過(guò)一次或者多次多倍體事件。植物多倍化后會(huì)出現(xiàn)一系列的遺傳與表觀遺傳學(xué)變異。遺傳學(xué)變異包括植株表型的變化、染色體結(jié)構(gòu)變異、基因組重組等;表觀遺傳學(xué)變異主要有DAN甲基化、核仁顯性、轉(zhuǎn)座子的激活、基因表達(dá)的變化等。多倍化后基因表達(dá)的變化在異源多倍體中研究較多且變化范圍較大，因?yàn)檫@種變化更多的是由異源多倍化過(guò)程中的雜交引起的。而在同源多倍體里基因的表達(dá)傾向于出現(xiàn)微小的變化。遠(yuǎn)緣

2、雜交是作物遺傳改良的重要途徑，可將近緣種的有利基因或染色體導(dǎo)入栽培種基因組。菘藍(lán)（Isatis indigotica Fort.，2n=2x=14）是蕓薹科菘藍(lán)屬植物，長(zhǎng)期以來(lái)作為重要的抗病毒、抗菌、抗腫瘤中藥材以及染料植物進(jìn)行栽培。因?yàn)槠渚哂休^好的抗煙草花葉病毒活性以及抗油菜的莖腐病活性，在育種上也有一定的應(yīng)用。在本研究中，我們分析了同源多倍體菘藍(lán)的減數(shù)分裂行為，并使用RNA-Seq技術(shù)對(duì)不同倍性的菘藍(lán)進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析;白菜(Bra

3、ssica rapa var.chinensisL.，2n=2x=20，AA)-菘藍(lán)異源六倍體（AAIIII）是由前人通過(guò)體細(xì)胞融合合成的，我們利用該六倍體與甘藍(lán)型油菜(Brassica napusL.，2n=4x=38)雜交并用白菜進(jìn)行多代回交，對(duì)雜交及回交后代進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)分析，結(jié)果如下:
　　1.菘藍(lán)同源多倍體的合成、細(xì)胞學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。在本研究中，我們利用人工合成的四倍體菘藍(lán)與二倍體雜交獲得了三倍體，并對(duì)三種倍性的菘藍(lán)植株

4、進(jìn)行了表現(xiàn)型、細(xì)胞學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。結(jié)果表明，四倍體菘藍(lán)表現(xiàn)出了明顯的器官增大、光合作用增強(qiáng)。對(duì)四倍體的減數(shù)分裂進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，四倍體在終變期出現(xiàn)了四價(jià)體配對(duì)、后期發(fā)生均等分離并形成可育的花粉，說(shuō)明四倍體菘藍(lán)的減數(shù)分裂存在一個(gè)偏向二倍體的趨勢(shì)。對(duì)三個(gè)倍性的植株進(jìn)行了RNA-Seq分析，從頭組裝結(jié)果共得到了70136個(gè)unigene，其中56，482(80.53％)個(gè)注釋到了公共數(shù)據(jù)庫(kù)上。通過(guò)成對(duì)比較分析，分別有1586(2.26％)(2x

5、 vs4x)、693(0.98％)(2x vs3x)、1045(1.48％)(3x vs4x)個(gè)unigene檢測(cè)為差異表達(dá)基因，其中包括上調(diào)與下調(diào)基因。這些unigene與細(xì)胞生長(zhǎng)（合成擴(kuò)張蛋白以及果膠）、細(xì)胞壁的合成、次生代謝物的合成、抗性反應(yīng)以及光合速率等代謝通路相關(guān)。
　　2.白菜-菘藍(lán)異源多倍體后代的細(xì)胞學(xué)。我們利用前人得到的白菜-菘藍(lán)異源六倍體(AAIIII)與甘藍(lán)型油菜進(jìn)行雜交，得到了F2代植株異源五倍體AACII，

6、從表型來(lái)看F2具有較多白菜的表型，但具有類似甘藍(lán)型油菜的高大植株。對(duì)F2進(jìn)行原位雜交鑒定發(fā)現(xiàn)，其存在著預(yù)期的雜種染色體配置，具有9條甘藍(lán)型油菜的C染色體及14條菘藍(lán)染色體。對(duì)F2減數(shù)分裂觀察發(fā)現(xiàn)，這株異源五倍體存在著減數(shù)分裂的紊亂。用白菜與F2進(jìn)行回交，BC1代只保留了1-3條菘藍(lán)的染色體卻保留了9條C染色體，分析認(rèn)為可能是親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的菘藍(lán)染色體在遠(yuǎn)緣雜交過(guò)程中發(fā)生了消除。多代回交后在后代中篩選白菜-菘藍(lán)、白菜-C染色體異附加系。鑒定

7、結(jié)果表明:得到的48個(gè)單體和二體異附加系全部為白菜-C染色體異附加系，沒(méi)有得到白菜-菘藍(lán)的異附加系。鑒定得到的附加系具有類似白菜的植株形態(tài)，個(gè)別附加系花藥發(fā)育異常。具有正?；ㄋ幍母郊酉档幕ǚ郾憩F(xiàn)為可育或部分可育。在回交后代中，還得到了具有20條染色體的白菜后代，AFLP分析發(fā)現(xiàn)，外源染色體誘導(dǎo)形成的白菜產(chǎn)生了新增帶及大量的缺失帶，說(shuō)明該白菜基因組出現(xiàn)了變異。這些基因組變異拓寬了白菜的遺傳基礎(chǔ)，為選育抗病或具有抗病毒活性成分的食用白菜提供