甘藍型油菜磷高效基因型的篩選及蕓薹屬PAP12和PAP17基因家族的克隆、表達和分子進化.pdf

1、磷是植物生長發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素，對植物的光合、呼吸、抗逆、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀有著重要影響。雖然多數(shù)土壤中總磷含量都不低，但有效磷缺乏，多數(shù)土壤中僅有2μmol/L，己成為世界作物的重要限制因子之一。為了降低磷缺乏對植株生長發(fā)育的影響，確保產(chǎn)量和品質(zhì)，全世界每年要施用約3500萬t的磷肥，其中80％被酸性土壤中的鐵/鋁氧化物及石灰性土壤中的碳酸鈣化合物所固定，使土壤中有效磷的含量只有全磷含量的1/200～1/500。不同的作物和作物品種對

2、低磷土壤的適應能力存在差異，僅有少數(shù)作物和作物品種吸收和利用磷素的能力較強。因此，篩選磷高效基因型品種，提高作物對土壤中儲備態(tài)磷的利用效率，對于減少磷肥消費量和保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
　　 甘藍型油菜(Brassica napus，AACC，2n=4x=38)是世界上的第二大油料作物，也是我國五大油料作物之首。但它對磷缺乏很敏感，并表現(xiàn)出基因型差異。長江流域是我國油菜的主產(chǎn)區(qū)，也是世界上最大的油菜生產(chǎn)帶，油菜種植面積和總

3、產(chǎn)量均占全國的80％以上。但是由于該地區(qū)土壤偏酸，儲備態(tài)磷富集比較嚴重，導致有效磷缺乏，準確篩選磷高效基因型材料，提高油菜對磷的利用效率成為解決這一問題的關鍵。
　　 甘藍型油菜是由蕓薹屬二倍體物種白菜(Brassicarapa，AA，2n=2x=20)和甘藍(Brassicaoleracea，CC，2n=2x=18)通過天然種間雜交后再加倍而形成的異源四倍體物種。此外，近年來關于同為十字花科的模式植物擬南芥(Arabidops

4、is thaliana)與蕓薹屬的比較基因組學研究表明，蕓薹族祖先曾發(fā)生了基因組水平的三倍化，即白菜、甘藍等蕓薹屬現(xiàn)代二倍體物種由一個六倍體的蕓薹族祖先衍化而來。基于該三倍化假說，一般推測在蕓薹屬二倍體物種存在約3個垂直同源基因與擬南芥的單個基因相對應，而甘藍型油菜與擬南芥間的這種對應關系就為6∶1。不過，上述屬內(nèi)種間以及屬間進化關系的確立，過去主要是基于分子標記和傳統(tǒng)進化手段來進行研究，尚缺乏基于不同物種間基因家族克隆的功能比較基因組

5、學研究的證據(jù)的支撐。
　　 酸性磷酸酶(APase，EC3.1.3.2)廣泛存在于植物體內(nèi)，在pH4～7范圍內(nèi)能催化水解有機磷為無機磷(Pi)。植物在遭受磷饑餓脅迫時，APases分泌增加，分解細胞外有機磷化合物，釋放出Pi，供植物吸收和利用。擬南芥的44個APases中，有29個為紫色酸性磷酸酶(Purple acid phosphatases，PAPs)，其中AtPAP12和AtPAP17已被證明與擬南芥適應磷饑餓密切相關。

6、
　　 本研究引入了TOPSIS綜合分析方法，對苗期與磷營養(yǎng)相關的8個形態(tài)和生理指標進行綜合排序分析，并結合田間試驗結果，對甘藍型油菜磷高效基因型品系進行了篩選，獲得了磷高效利用基因型品系W17。以磷饑餓處理的W17的組織器官為材料，本研究利用RACE技術，克隆了甘藍型油菜PAP12基因家族和PAP17基因家族的主要基因成員的全長cDNA和基因組序列，通過生物信息學分析、RT-PCR和原核表達等研究初步明確了它們的功能。此外，本

7、研究還克隆了親本物種白菜和甘藍中PAP12家族和PAP17家族的基因組序列，通過它們與甘藍型油菜間基因和蛋白水平的生物信息學和分子進化研究，結合Southern雜交的比較，為研究這3個物種間以及它們與擬南芥間的關系提供了功能比較基因組學的證據(jù)，也揭示了PAP12家族和PAP17家族一些重要的分子進化特征。主要研究結果如下：
　　 1.利用TOPSIS法篩選出典型的磷高效甘藍型油菜品系W17；
　　 2.克隆了甘藍型油菜及

8、其本物種PAP12和PAP17基因家族主要成員；
　　 3.揭示了蕓薹屬PAP12和PAP17基因家族的一些結構特征
　　 4.揭示了白菜-甘藍及高度近緣種中新進化的MMTS，它在轉(zhuǎn)座子與基因(組)進化關系和物種進化等研究中具有重要價值；
　　 5.部分同源的非等位基因間的交換參與了蕓薹屬基因(組)的進化；
　　 6.PAP12和PAP17家族成員的種間對應關系進一步說明甘藍型油菜的確為白菜和甘藍的融合體