油菜種子油脂基因的定位及溫度對種子油分積累影響的分子機制.pdf

1、油菜屬于十字花科蕓薹屬,是產油效率最高的油料作物之一,它不僅是食用油的主要來源,也是解決全球能源短缺的重要原料作物。油菜種子發(fā)育過程中的油脂積累和脂肪酸代謝很大程度上存在變異,變異的因為除了控制油脂合成的關鍵基因以外,也包括應對環(huán)境和內源性刺激的大量基因。研究人員和育種家們花費了大量的精力鑒定參與油菜油脂形成的關鍵基因,但是基因與環(huán)境存在互作使鑒定過程非常復雜,至今尚無通過改變單個基因大幅提高含油量的報導。本論文的研究目的在于:利用擬南

2、芥與油菜的比較基因組學,開發(fā)一系列油菜油脂功能基因分子標記；在DH系的分子標記連鎖遺傳圖譜上進行含油量的基因定位并鑒定關鍵候選基因；以響應高溫的含油量近等基因系為材料,探討環(huán)境因子與QTL互作的分子機制。主要研究結果如下:
　　 1.油菜油脂功能基因分子標記的開發(fā):根據擬南芥油脂基因數(shù)據庫(hattp:／／lipids.plantbiology.msu.edu)中通過對擬南芥全基因組序列上與油脂相關基因的序列預測,并結合每個基因

3、在各個器官中的表達序列標簽(EST)及其分布的統(tǒng)計分析,從中選出75個在種子中高表達的基因通過與油菜數(shù)據庫的搜索比對,利用油菜中的同源EST來設計引物,分析有關基因在油菜品種Tapidor和Ningyou7之間的等位多態(tài)性,共在75個基因上設計了150對引物,平均每個基因包含兩對引物。篩選標記發(fā)現(xiàn),共51對引物具有多態(tài)性,多態(tài)性比率超過30％.
　　 2.含油量QTL的定位分析:在甘藍型油菜DH系中,將開發(fā)的分子標記連鎖到華中農

4、業(yè)大學已有的TN-DH圖譜上并進行QTL掃描,結果連鎖到遺傳圖譜上的標記共15個；共檢測到5個標記在含油量QTt,區(qū)間峰內,分別位于第1、3、10、11以及12連鎖群上,因此我們推測這5個候選基因可能在油菜種中油脂合成過程中扮演著非常重要的角色。生物信息學分析表明,這5個候選基因的功能均與油脂代謝相關。
　　 3.含油量QTL區(qū)間內關鍵候選基因的鑒定:為了進一步驗證QTL置信區(qū)間內的候選基因的功能,我們利用其擬南芥同源基因的相關

5、位點的T-DNA插入突變體,測定突變體成熟種子的含油量及脂肪酸組分,并與野生型進行比較分析,結果5個關鍵基因位置上的等位突變體中,有3個基因位點上的等位變化導致總含油量發(fā)生了顯著變化,T-DNA插入導致突變體含油量變低；2個基因位點上的等位變化沒有導致總含油量的顯著變化,但卻導致了亞麻酸和油酸的含量發(fā)生了顯著變化,因此這些標記可以用于分子標記輔助育種選擇。
　　 4.溫度對油菜近等基因系含油量和脂肪酸組分的影響:油菜近等基因系總

6、含油量隨著成熟期溫度的升高而降低,亞油酸(C18:2)、亞麻酸(C18:3)以及芥酸(C22:1)含量也隨著溫度的升高而降低.在T1、T2、T3三種溫度下,NIL-9的總含油量均高于NIL-1,但是差異度并不一致,最大的差異是在高溫T3條件下,低溫T1次之,差異最小的在中溫T2條件下。
　　 5.利用基因芯片研究了溫度對近等基因系種子發(fā)育過程中基因表達的影響,結果表明:基因型、溫度以及基因型與溫度的互作在基因組水平分別引起498

7、2個、19111個、839個轉錄本的差異表達.兩個近等基因系在T2條件下差異表達基因數(shù)目最少,基因組水平有251個,位于qOC.C2.2 QTL區(qū)間的有39個；2個近等基因系在T1條件下的差異表達基因數(shù)目,全基因組水平有2933個,位于qOC.C2.2 QTL區(qū)間的有460個；2個近等基因系在T3條件下差異表達基因數(shù)目最多,全基因組水平有3499個,qOC.C2.2 QTL區(qū)間有558個.這一研究結果與含油量的表型差異是一致的。

8、　　 6.目標QTL qOC.C2.2區(qū)間內的差異表達基因功能分類:定位于QTL區(qū)間內的基因型差異表達基因可以被分成很多的大類,包括:調控胚發(fā)育、DNA的轉錄調控、生物非生物逆境響應(例如:氧化還原反應；植物鹽脅迫生理；熱激反應；植物受傷反應；鎘脅迫反應)、光合作用相關(例如:光呼吸；光合系統(tǒng)化學調節(jié)；糖酵解作用；蘋果酸代謝)等生理過程的基因家族。除此之外,還有一些差異表達基因的功能與蛋白質代謝相關,例如蛋白質的合成、蛋白質折疊以及蛋

9、白質的胞間運輸、轉錄起始、茉莉酸刺激響應等。
　　 7.溫度影響QTL區(qū)間內的差異表達基因功能分類:種子成熟期溫度降至T1或者增至T3均可引起一系列基因的上調,這些基因涉及:DNA的轉錄調控、胚發(fā)育、生物非生物逆境響應(例如:抑菌反應；鎘脅迫反應)、蛋白質的合成、氨基酸磷酸化、蛋白質折疊等.與T2條件相比,T3上調了一系列基因的表達,這些基因的功能涉及:熱激反應以及泛素依賴的蛋白質降解過程,但是下調了控制脂肪酸的合成、響應紅光信

10、號、光合作用,赤霉素刺激響應以及轉錄延伸的有關基因。與T2條件相比,T1上調了一系列基因的表達,這些基因的功能包括:糖酵解、蘋果酸代謝、脫落酸刺激響應、三羧酸循環(huán)以及脫水應激反應.
　　 8.不同溫度條件下油脂合成關鍵基因的表達模式:NIL-1和NIL-9之間的遺傳差異對含油量合成相關基因BnLACS1,BnOLEO1,BnCLO1,BnFatA以及BnLHY顯著影響。與NIL-1相比,NIL-9的BnLACS1,BnCLO1,