茄子花柱異型遺傳分析及基因差異表達研究.pdf

1、花柱異型是一種特有的雌雄隔離和多態(tài)性特征，在被子植物中十分常見，包括茄子（Solanum melongena L.）。通常，茄子長柱花（L-morph）類型坐果能力強、生境適宜性廣，而短柱花（S-morph）類型易落花落果。雖然關(guān)于茄子長柱花和短柱花坐果能力差異，以及對光、溫等環(huán)境適應(yīng)性的報道較多，但茄子花柱異型發(fā)育調(diào)控的分子機制和品種改良尚未見報道。我國華南地區(qū)主栽的紫長茄屬于兼生長短柱花類型，坐果數(shù)量少，不宜設(shè)施栽培，生產(chǎn)上亟需對紫

2、長茄進行改良。本文對完全長柱花品系和兼生長短柱花品系雌蕊發(fā)育、坐果能力、遺傳規(guī)律及分子調(diào)控機制進行研究，主要結(jié)果如下：
　　1.將茄子從現(xiàn)蕾到開花時期可劃6個時期：現(xiàn)蕾期、幼蕾膨大期、露冠期、花冠膨大期、松蕾期和開花期。從花蕾長度來判斷，在0~10mm短柱花雌蕊發(fā)育與長柱花保持一致，到花冠膨大期（約10mm）后短柱花雌蕊基本停止發(fā)育。花發(fā)育期間，L-morph花花柱長度與花蕾長度呈線性關(guān)系?；ㄖL度與花蕾長度、子房高度相關(guān)性達極顯

3、著水平，與花梗粗度達到顯著水平，而與子房直徑以及花藥長度相關(guān)性則不顯著。通過熒光顯微觀察，L-morph花的柱頭和花粉均具有可授性，而S-morph花僅花粉具有活力。光學顯微觀察完全長柱花和兼生長短柱花胚囊中的卵細胞、中央細胞、助細胞和反足細胞結(jié)構(gòu)完整。
　　2.短柱花自交坐果率僅為5％左右，而長柱花自交坐果率均在94%以上。雜交試驗表明對S-morph花柱頭進行授粉坐果率極顯著低于L-morph花的坐果率。
　　3.完全長

4、柱花類型與兼生長短柱花進行雜交，F(xiàn)1代植株全部為完全長柱花類型，B3-3×56和01×119兩組材料的F2代完全長柱花類型和兼生長短柱花類型的比值分別為12.14:1和11.85:11，在兩個組合BC1群體中完全長柱花類型和兼生長短柱花類型的分離比例分別為3.64:1和2.56:1。經(jīng)χ2檢測，完全長柱花類型相對兼生長短柱花類型為顯性遺傳，為兩對基因共同作用產(chǎn)生基因重疊效果；Shapiro-Wilk檢驗F2完全長柱花柱頭長度也表明花柱長

5、度由多基因控制的數(shù)量遺傳，存在主效基因作用。
　　4.基于高通量miRNA測序、微陣列及降解組測序，我們鑒定了兼生長短柱花茄子雌蕊發(fā)育過程中miRNA的表達及其靶基因。miRNA測序鑒定了55個已知的茄子miRNA和35個與miRBase數(shù)據(jù)庫中已知miRNA相同序列的miRNA，594個新的miRNA，而大部分miRNA與其他植物相比有著高度的保守性。在微陣列芯片上的686個miRNA中，鑒定到10個差異表達的miRNA，其中，

6、僅2個miRNA在L-morph雌蕊發(fā)育中顯著下調(diào)。同時，我們利用qRT-PCR對差異表達的miRNA進行驗證。此外，我們也預(yù)測并注釋了差異表達miRNA的靶基因。
　　5.通過微陣列對紫長茄S-morph花和千指茄L-morph花雌蕊miRNA的表達譜進行了鑒定。在微陣列芯片上的686個miRNA中，我們發(fā)現(xiàn)35個表達差異的miRNA，在L-morph花雌蕊中下調(diào)的9個miRNA，PC-5p-1408812_1和PC-5p-32

7、15765_1下調(diào)最顯著；而上調(diào)的26個miRNA中，PC-3p-1358_405 and PC-5p-132923_7表達差異最顯著。利用了qRT-PCR對通過微陣列檢測獲得的表達特征進行了驗證，結(jié)果基本與芯片數(shù)據(jù)相一致。此外，我們還進行了差異表達miRNA的靶基因預(yù)測，并對推測的靶基因進行了GO功能分析。在差異表達的miRNA的靶基因中，基因編碼轉(zhuǎn)錄因子bHLH、MYB以及AP2等，重要的酶或功能蛋白例如三磷酸水解酶超家族蛋白、蛋白

8、激酶、磷酸酶以及ATP酶等，這些可能對于花柱異型發(fā)育起重要調(diào)控作用。
　　6.利用iTRAQ技術(shù)對兼生長短柱花茄子雌蕊發(fā)育過程中蛋白質(zhì)組表達分析，共鑒定了300個差異表達的蛋白，其中在花發(fā)育期，S-morph花與L-morph花雌蕊相比有26個蛋白質(zhì)表達量下調(diào)，23個蛋白質(zhì)表達量上調(diào)。在表達下調(diào)的蛋白中，甲硫氨酸硫氧化物還原酶A3和DNA損傷修復/耐受性蛋白表達差異最大。在表達上調(diào)的蛋白中，甲硫氨酸硫氧化物還原酶和肌氨酸氧化酶的表

9、達差異最大。這一時期差異表達蛋白主要參與能量儲備以及對外界應(yīng)激反應(yīng)、抵御病原體感染等方面。在花成熟期，97個蛋白表達上調(diào)和157個蛋白表達下調(diào)。在表達下調(diào)的蛋白中，富亮氨酸重復蛋白和性器官表達蛋白的表達差異最大。在表達上調(diào)的蛋白中，LAT52和ntp201的表達差異最大。這一時期差異表達蛋白主要參與生物合成過程、生物分子轉(zhuǎn)運和代謝過程。此外，花成熟期S-morph花雌蕊中乙醇NADP+氧化還原酶、乙醇脫氫酶、半胱氨酸蛋白酶和過氧化物酶等