甘藍型油菜華油雜6號及其親本的基因差異表達研究.pdf

1、雜種優(yōu)勢利用可以提高作物產(chǎn)量，節(jié)約土地資源，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益，是遺傳學(xué)應(yīng)用于實踐最成功的范例之一。雜種優(yōu)勢的遺傳學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)爭論了將近一個世紀，顯性假說認為，雜種優(yōu)勢來源于等位基因的顯性效應(yīng)，和非等位基因間顯性效應(yīng)的累積作用；超顯性假說則認為，雜合等位基因的互作導(dǎo)致了雜種優(yōu)勢。 生物技術(shù)的發(fā)展為直接在基因組水平上研究雜種優(yōu)勢機理提供了基礎(chǔ)。Stuber等認為，超顯性是玉米雜種優(yōu)勢形成的主要原因；Xiao等(1995)

2、認為顯性作用是水稻雜種優(yōu)勢形成的遺傳基礎(chǔ)，Yu等(1997)和Hua等(2003)認為上位性在雜種優(yōu)勢形成過程中起重要作用。這些研究延續(xù)了顯性假說和超顯性假說的爭議，沒有形成雜種優(yōu)勢機理一致的遺傳學(xué)解釋。 從基因組水平上看，雜種的全部基因都來自雙親，雜種中并未產(chǎn)生新的基因。因此雜交種所表現(xiàn)出的雜種優(yōu)勢應(yīng)與基因表達水平上發(fā)生變化有關(guān)，這可能成為認識雜種優(yōu)勢分子機理的一條新途徑(孫其信等，1998)。應(yīng)用mRNA差異顯示技術(shù)，胡建廣

3、等(1999)和孫其信等(2004)分別探討了水稻、小麥基因表達與雜種優(yōu)勢的關(guān)系，都認為基因差異表達與作物雜種優(yōu)勢有密切的關(guān)系。隨著基因芯片技術(shù)的應(yīng)用，大規(guī)模平行研究基因表達已經(jīng)成為可能，這種技術(shù)能夠揭示基因表達的數(shù)量變化，可以反映基因表達的時空變化規(guī)律，對于研究雜種優(yōu)勢有較強的應(yīng)用前景。 華油雜6號是利用不育系8086A和恢復(fù)系7.5配制的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗倒伏、早熟、適應(yīng)性廣的甘藍型雜交油菜新品種。該組合芥酸含量0.4％，硫苷含

4、量27.78／zm01.g<'-1>，含油量40.4％。在2000～2002年國家長江下游區(qū)試中，兩年平均畝產(chǎn)145.05kg，比對照中油821增產(chǎn)15.52％，居參試雙低品種首位。2002年通過湖北省和安徽省品種審定，2003年通過湖南省和全國品種審定，2004年通過河南省品種審定和四川省品種認定。本文以華油雜6號及其親本為材料，用擬南芥cDNA芯片，分析了雜種和親本在子葉期、苗期和花蕾的基因表達差異，初步探討甘藍型油菜雜種優(yōu)勢形成的

5、分子機理。其實驗結(jié)果和主要結(jié)論如下： 子葉期，華油雜6號與母本8086A比較有45個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和73個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計118個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的5.12％；華油雜6號與父本7-5比較有105個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和126個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計231個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的10.03％。其中，上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(150個)少于下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(199個)：雜種相對于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本(231個)是雜種相對于母本發(fā)

6、生改變轉(zhuǎn)錄本(118個)的兩倍。 在華油雜6號／8086A和華油雜6號／7-5兩組實驗中，子葉期共有7個相同的上調(diào)表達基因和11個相同的下調(diào)表達基因。7個上調(diào)表達基因中有4個轉(zhuǎn)錄因子，占總數(shù)的57.1％，即轉(zhuǎn)錄因子在上調(diào)表達相同基因中處于優(yōu)勢地位；11個相同的下調(diào)表達基因中，除開2個功能未知基因外，有6個基礎(chǔ)代謝基因，占已知功能基因數(shù)目的66.7％，基礎(chǔ)代謝基因在下調(diào)表達相同基因中處于優(yōu)勢地位。在苗期，華油雜6號與母本8086A

7、比較有26個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和21個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計47個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的0.98％；華油雜6號與父本7.5比較有58個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和32個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計90個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的1.88％。其中，上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(84個)多于下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(53個)，雜種相對于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本(90個)是雜種相對于母本發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄本(47個)的兩倍。在華油雜6號／8086A和華油雜6號／7-5兩組實驗中，有3個相同

8、的上調(diào)表達基因，代表5個基因位點；沒有發(fā)現(xiàn)相同的下調(diào)表達基因。這些相同的上調(diào)表達基因全部為基礎(chǔ)代謝基因?；ɡ僦?，華油雜6號與母本8086A比較有83個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和331個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計414個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的8.63％；華油雜6號與父本7-5比較有94個上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本和423個下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本，合計517個轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點的10.71％。其中，上調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(177個)明顯少于下調(diào)表達的轉(zhuǎn)錄本(774個)

9、：雜種相對于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本有517個，雜種相對于母本發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄本只有414個。在華油雜6號／8086A和華油雜6號/7-5兩組實驗中，子葉期共有21個相同的上調(diào)表達基因和71個相同的下調(diào)表達基因和轉(zhuǎn)錄本。21個上調(diào)表達基因中除去2個功能未知基因，其它全部為基礎(chǔ)代謝基因。71個相同的下調(diào)表達基因中，除開21個功能未知基因外，只有8個基礎(chǔ)代謝基因，占已知功能基因數(shù)目的15.69％。部分基因的Northern印跡結(jié)果與芯片實驗結(jié)果基本