發(fā)布時間：2018-04-08 12:03

  本文選題：草莓　切入點：種間雜交　出處：《南京農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：多倍體化在植物進化的歷史進程中頻繁發(fā)生,并促進了新物種的形成。與二倍體物種相比,多倍體在多個方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,如更旺盛的生命力、更強的適應性。伴隨著多倍體化,植物在基因組和基因表達上發(fā)生了復雜的變化,包括染色體重組、序列消除、基因沉默、基因的非加性表達和表觀遺傳等變化。多倍體化在植物界的頻繁發(fā)生為作物育種提供了資源基礎,但對它的發(fā)生機理我們還了解甚少。因此,對多倍體的研究可以加深我們對植物進化過程的了解,同時也為培育新的農(nóng)作物品種提供了理論基礎。草莓屬(Fragaria Duch.)植物倍性多樣,是研究植物多倍體的理想材料。以八倍體鳳梨草莓(Fragaria×ananassa)和野生二倍體綠色草莓(Fviridis)為材料,通過兩者的雜交和對雜種染色體加倍,分析了雜交和染色體加倍過程中草莓植株性狀、DNA甲基化、基因表達等方面的特點。主要研究結(jié)果如下:1.以鳳梨草莓、綠色草莓、種間雜交獲得的五倍體及其染色體加倍而成的十倍體草莓為試材,利用cDNA-AFLP技術對四種不同倍性草莓的基因表達模式進行了研究。結(jié)果表明,鳳梨草莓與綠色草莓在82.02%的位點表現(xiàn)出相同的表達模式,鳳梨草莓比綠色草莓產(chǎn)生了更多的轉(zhuǎn)錄本,親本中83.74%的轉(zhuǎn)錄本被穩(wěn)定地遺傳到了五倍體草莓和十倍體草莓中,且兩個親本基因組對十倍體草莓的貢獻相近;雜交和染色體加倍都在一定程度上影響了基因的表達,與親本相比,十倍體草莓中13.05%的轉(zhuǎn)錄本發(fā)生了表達改變,其中多數(shù)位點為基因沉默。表達發(fā)生改變的基因參與了轉(zhuǎn)錄、光合作用、細胞分裂和信號轉(zhuǎn)導等多個生物過程。2.采用MSAP法對上述四種不同倍性草莓的基因組DNA甲基化進行了研究。鳳梨草莓和綠色草莓的甲基化率相近,但兩者在61.67%的位點表現(xiàn)為不同的甲基化狀態(tài);五倍體草莓的甲基化率與親本相近,其中62.14%的位點表現(xiàn)出與親本相同的甲基化狀態(tài),但兩個親本基因組對五倍體基因組的貢獻并不相同,相比于綠色草莓,五倍體草莓從鳳梨草莓繼承了更多的基因組特異條帶;五倍體草莓中出現(xiàn)了 31.92%的新帶型,其中多數(shù)甲基化水平升高,親本間的差異是導致五倍體草莓出現(xiàn)甲基化改變的主要原因。與五倍體草莓相比,十倍體草莓的甲基化狀態(tài)幾乎沒有發(fā)生改變。因此,雜交是導致草莓多倍體化中甲基化改變的主要原因。草莓雜交和染色體加倍過程中發(fā)生甲基化改變的序列包括基因編碼區(qū)和非編碼區(qū),相關基因涉及多個生物過程。采用BSP法對特定DNA序列的甲基化進行了定量檢測,結(jié)果表明,鳳梨草莓與綠色草莓發(fā)生甲基化的位點多數(shù)(82%)相同,尤其是甲基化水平較高的位點;相比于綠色草莓,倍性更高的鳳梨草莓在多數(shù)位點的甲基化水平低;與親本相比,五倍體草莓和十倍體草莓繼承了兩個親本大部分甲基化位點,但也出現(xiàn)了一定數(shù)量的新位點,十倍體草莓中多數(shù)位點(62.75%)的甲基化水平比親本高。3.從鳳梨草莓和綠色草莓中分別克隆得到了 11個光合作用相關基因的部分序列,并對這些基因在不同倍性草莓中的表達進行了分析。鳳梨草莓的核基因有多個部分同源基因,且相互間存在多處SNPs,所有SNP位點上都只存在兩種堿基,暗示鳳梨草莓由兩套不同的亞基因組構(gòu)成,并可能在多倍體化進程中經(jīng)歷了部分同源染色體間的重組;鳳梨草莓單基因組表達量接近或低于綠色草莓,但這種差異小于兩個基因組的倍性差異,即基因在鳳梨草莓中的劑量效應被減弱;五倍體草莓多數(shù)基因的表達量介于兩個親本之間且更接近鳳梨草莓,十倍體草莓基因的全基因組表達量明顯高于五倍體草莓及其親本,體現(xiàn)出更為明顯的劑量效應。不同類型的光合作用相關基因?qū)Σ葺�雜交和染色體加倍表現(xiàn)出不同的反應,3個葉綠體基因(psaB、psbA和rbcL)和4個調(diào)節(jié)功能的基因(LHY、POR、RCA和SIGE)對雜交和染色體加倍的反應復雜,而光合系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)基因(atpD、chl、PETC和rbcS)表達較穩(wěn)定,表現(xiàn)出明顯的劑量效應;在五倍體草莓和十倍體草莓中,來自鳳梨草莓的轉(zhuǎn)錄本比來自綠色草莓的轉(zhuǎn)錄本更多,它們之間的比例與鳳梨草莓和綠色草莓在五倍體和十倍體草莓基因組中所占的比例(4: 1)接近,但也有個別基因的表達出現(xiàn)了明顯的偏差。4.為檢測甲基化對基因表達的影響,對基因表達量與DNA甲基化水平的關系進行了分析。未甲基化或低水平甲基化基因的表達量一般隨草莓倍性的升高而增加,表現(xiàn)出明顯的劑量效應,但對有些基因,DNA的高水平甲基化使基因表達受到了抑制。如基因F-box protein SKIP23-like在鳳梨草莓、五倍體和十倍體草莓中正常表達,在綠色草莓中因高水平的甲基化而導致基因沉默;調(diào)控葉綠體基因節(jié)律性表達的SIGE基因在多倍體草莓的甲基化使其表達受到了明顯的抑制;編碼產(chǎn)物為zinc finger protein 598和Cation/H(+) antiporter 18-like的兩個基因在四種草莓中的甲基化導致基因表達的劑量效應明顯減弱。綜合以上基因甲基化水平與表達的關系,基因在多倍體植物中的表達受到了基因的劑量效應和DNA甲基化的綜合調(diào)控。
[Abstract]:Polyploid has occurred frequently in the historical process of plant evolution and promoted the formation of new species . In this paper , the gene expression patterns of strawberry and green strawberry were studied . The results showed that the methylation rate of strawberry and green strawberry was similar to that of the parents . The expression of genes ( atpD , chl , PETC and rbcS ) in strawberry was significantly inhibited .

【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S668.4

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本文編號：1721535