光誘導的馬鈴薯試管薯形成相關基因的轉錄組分析.pdf

1、馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）作為世界第四大糧食作物，在世界糧食安全中發(fā)揮著重要作用。塊莖是馬鈴薯植株的地下變態(tài)莖，由匍匐莖在條件適合時停止縱向伸長并在匍匐莖亞頂端膨大形成，是主要經(jīng)濟器官。同時，馬鈴薯塊莖還是研究植物變態(tài)器官發(fā)育的模式體系。因此馬鈴薯塊莖發(fā)育及其調控的分子機理不但具有重要的經(jīng)濟意義，還有突出的生物學意義。光照特別是光質和光周期是影響馬鈴薯塊莖形成的重要因素。目前，光質對組織培養(yǎng)條件下塊莖形成影響的研

2、究還不系統(tǒng);光周期調控馬鈴薯塊莖形成是一個復雜的生物學過程，需要數(shù)量眾多的基因以及各種通路共同協(xié)作才能完成，盡管相關研究已取得了一定進展，但其分子機理還沒有系統(tǒng)證實。新的基因組學研究技術和工具的出現(xiàn)，特別是高通量測序技術的出現(xiàn)將對分離和鑒定參與塊莖形成過程的關鍵基因產(chǎn)生極大的推動作用。
　　本研究的主要目的是研究光質對組織培養(yǎng)條件下馬鈴薯試管薯形成的影響，進而為馬鈴薯試管薯生產(chǎn)中的光源選擇提供理論支持;分離參與光周期調控馬鈴薯試管

3、塊莖形成的關鍵候選基因，為光周期調控馬鈴薯試管塊莖形成分子機理的研究提供新的基因資源。獲得的主要結果如下:
　　1)系統(tǒng)研究了白、紅、藍三種光質對組培養(yǎng)條件下馬鈴薯試管薯形成的影響，通過對單株結薯數(shù)、單薯重等的觀察，表明基礎苗繁殖光質、試管薯誘導期光質以及基因型對試管薯形成有顯著影響，且各因素間存在顯著的交互作用?？傮w而言，組織培養(yǎng)條件下白光更利于馬鈴薯試管薯的形成。當完成試管塊莖形態(tài)建成后，藍光光源更利于試管薯的持續(xù)膨大。紅光對

4、組織培養(yǎng)下試管薯的形態(tài)建成及生長具有阻礙作用。
　　2)評價鑒定了E26、E20、E109等來自于同一個雜交組合的馬鈴薯姊妹系在組織培養(yǎng)條件下試管薯形成的能力，其中E26對光周期敏感，僅能在8h/d光照條件下形成塊莖;E109對光周期不敏感，在8h/d和16h/d條件下均能形成塊莖;E20對光周期不敏感，但在任一光照條件下均不能形成塊莖。結果反映這三個具有相同遺傳背景的品系是研究光周期調控塊莖形成的理想材料，適于本研究。
　

5、　3)采用Digital Gene Expression profiling(DGE)高通量測序技術分析光周期敏感型品系E26在誘導條件（短日照8h/d，SD）和非誘導條件（長日照16h/d，LD）下基因表達在轉錄水平上的差異，共分離得到了2218個差異表達基因(differentially expressed gene，DEG)。
　　4)對DEGs進行了Gene ontology(GO)和KEGG pathway功能注釋，發(fā)現(xiàn)

6、差異表達基因涉及117個代謝通路和21個生物學過程，說明光周期調控馬鈴薯試管塊莖形成是一個復雜的生理過程，需要各類基因、不同代謝途徑的協(xié)同調節(jié)。
　　5)根據(jù)GO和KEGG pathway注釋，選擇了56個涉及植物節(jié)律、信號傳導、發(fā)育以及若干功能未知基因，通過比較其在三個來自于同一雜交組合但結薯習性對光周期響應不同的姊妹系中的表達模式，證明PGSC0003DMT400083080(DNA binding with one fing

7、er domain class轉錄因子)、PGSC0003DMT400068851（藍光受體）、PGSC0003DMT400034146（植物凝集素）、PGSC0003DMT400043211(syntaxin-like蛋白)以及一個未知功能基因(PGSC0003DMT400022042)可能參與了光周期對馬鈴薯試管薯形成的調控。
　　本研究為馬鈴薯試管薯生產(chǎn)的光源選擇提供了理論支持;分離得到的參與光周期調控馬鈴薯試管薯形成的候選