光誘導(dǎo)的馬鈴薯試管薯形成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)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(jì)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(diào)控的分子機(jī)理不但具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，還有突出的生物學(xué)意義。光照特別是光質(zhì)和光周期是影響馬鈴薯塊莖形成的重要因素。目前，光質(zhì)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(diào)控馬鈴薯塊莖形成是一個復(fù)雜的生物學(xué)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(guān)研究已取得了一定進(jìn)展，但其分子機(jī)理還沒有系統(tǒng)證實。新的基因組學(xué)研究技術(shù)和工具的出現(xiàn)，特別是高通量測序技術(shù)的出現(xiàn)將對分離和鑒定參與塊莖形成過程的關(guān)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(zhì)對組織培養(yǎng)條件下馬鈴薯試管薯形成的影響，進(jìn)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(diào)控馬鈴薯試管

3、塊莖形成的關(guān)鍵候選基因，為光周期調(diào)控馬鈴薯試管塊莖形成分子機(jī)理的研究提供新的基因資源。獲得的主要結(jié)果如下:
　　1)系統(tǒng)研究了白、紅、藍(lán)三種光質(zhì)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(jié)薯數(shù)、單薯重等的觀察，表明基礎(chǔ)苗繁殖光質(zhì)、試管薯誘導(dǎo)期光質(zhì)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(dāng)完成試管塊莖形態(tài)建成后，藍(lán)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(jié)果反映這三個具有相同遺傳背景的品系是研究光周期調(diào)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(shù)分析光周期敏感型品系E26在誘導(dǎo)條件（短日照8h/d，SD）和非誘導(dǎo)條件（長日照16h/d，LD）下基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上的差異，共分離得到了2218個差異表達(dá)基因(differentially expressed gene，DEG)。
　　4)對DEGs進(jìn)行了Gene ontology(GO)和KEGG pathway功能注釋，發(fā)現(xiàn)

6、差異表達(dá)基因涉及117個代謝通路和21個生物學(xué)過程，說明光周期調(diào)控馬鈴薯試管塊莖形成是一個復(fù)雜的生理過程，需要各類基因、不同代謝途徑的協(xié)同調(diào)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(dǎo)、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(jié)薯習(xí)性對光周期響應(yīng)不同的姊妹系中的表達(dá)模式，證明PGSC0003DMT400083080(DNA binding with one fing

7、er domain class轉(zhuǎn)錄因子)、PGSC0003DMT400068851（藍(lán)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(diào)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(diào)控馬鈴薯試管薯形成的候選