油菜灌漿期種子和角果皮基因表達(dá)差異及相關(guān)基因的功能分析.pdf

1、油菜(rapeseed)是世界廣泛種植的油料作物，是世界三大植物油來(lái)源之一。其菜籽油不僅可以作為食用油，也是重要的工業(yè)原料。種子是油菜最重要的收獲器官，其發(fā)育程度的好壞直接影響著最終的品質(zhì)和產(chǎn)量。另外，種子包裹在角果皮中，其生長(zhǎng)發(fā)育所需的能量物質(zhì)大部分來(lái)自于角果皮，角果皮對(duì)種子的發(fā)育亦起著關(guān)鍵的作用。關(guān)于種子發(fā)育相關(guān)基因的研究，在模式植物擬南芥中有較多報(bào)道。雖然油菜和擬南芥基因組同源性較高，但由于油菜基因組的高度重復(fù)與基因組重排，很難將

2、其與擬南芥的基因進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。同時(shí)，相對(duì)于擬南芥，油菜種子發(fā)育的調(diào)控過(guò)程更為復(fù)雜，并且目前關(guān)于油菜種子發(fā)育相關(guān)基因的鑒定和研究報(bào)道也較少。另外，角果皮作為種子能量物質(zhì)的直接供給者和轉(zhuǎn)運(yùn)媒介，其對(duì)種子發(fā)育調(diào)控及影響的研究亦較少。針對(duì)這些問(wèn)題，本研究主要開展了兩方面的工作:1）以開花后21-22天的油菜角果的角果皮和種子為材料，利用油菜95k芯片分析這兩個(gè)器官中的基因表達(dá)差異，為詮釋油菜角果皮和種子間的協(xié)同互作與分工關(guān)系奠定基礎(chǔ);2）根據(jù)油

3、菜角果皮和種子的芯片數(shù)據(jù)分析結(jié)果，挑選若干可能對(duì)種子的發(fā)育有重要影響的基因進(jìn)行進(jìn)一步的分析，為利用基因工程的手段改良油菜的產(chǎn)量與品質(zhì)提供重要基因資源。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.在油菜角果皮和種子的芯片中一共檢測(cè)到17，459個(gè)基因表達(dá)。根據(jù)基因在角果皮和種子中的相對(duì)表達(dá)倍數(shù)，其中3，278個(gè)為角果皮上調(diào)表達(dá)基因(≥2)，2，425個(gè)為種子上調(diào)表達(dá)基因(≤0.5)，9，377個(gè)基因在角果皮和種子中沒(méi)有表達(dá)差異。由此可見(jiàn)，更多基因

4、傾向于在角果皮中表達(dá)，表明角果皮在角果發(fā)育過(guò)程中的重要性。
　　2.使用MapMan軟件分析發(fā)現(xiàn):(1)參與光合路徑的基因以及參與物質(zhì)能量轉(zhuǎn)運(yùn)的基因主要在角果皮中上調(diào)表達(dá);而與脂類合成相關(guān)的基因主要在種子中上調(diào)表達(dá)。這與角果皮和種子在角果發(fā)育過(guò)程中充當(dāng)?shù)摹霸础焙汀皫?kù)”的角色相一致;(2)與次級(jí)代謝有關(guān)的基因在角果皮和種子中均較活躍，但卻呈現(xiàn)不同的分布。與類黃酮合成相關(guān)的基因主要在種子中表達(dá)，而與萜類以及苯丙素類化合物合成相關(guān)的基因

5、主要富集于角果皮中;(3)大量的轉(zhuǎn)錄因子在角果皮和種子中是差異調(diào)控的，表明角果皮和種子在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控差異的復(fù)雜性。
　　3.根據(jù)芯片的分析結(jié)果，我們挑選了6個(gè)基因進(jìn)行了克隆，分別構(gòu)建了過(guò)表達(dá)載體和反義載體，轉(zhuǎn)化了擬南芥和油菜并得到了轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植株。對(duì)過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行表達(dá)水平的檢測(cè)，結(jié)果顯示所有過(guò)表達(dá)載體均能正常工作，并且各個(gè)轉(zhuǎn)基因系都得到了目的基因高表達(dá)的株系。
　　4.基因的功能初步鑒定結(jié)果顯示:(1) F28K異位

6、超表達(dá)影響了油菜葉片的發(fā)育，但并沒(méi)有對(duì)擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響。其引起的油菜葉片發(fā)育缺陷可能與細(xì)胞分裂受到影響有關(guān);(2) F11K3過(guò)表達(dá)擬南芥植株在萌發(fā)期對(duì)NaCl處理比野生型反應(yīng)更迅速，其突變體較野生型反應(yīng)更遲鈍，而他們?cè)诓煌瑵舛萅aCl處理?xiàng)l件下的發(fā)芽率并沒(méi)有顯著變化。表明F11K3可能影響了Na+進(jìn)入細(xì)胞的速度;(3) F46過(guò)表達(dá)油菜植株在0.3mM的硝酸鹽生長(zhǎng)條件下，與野生型生長(zhǎng)無(wú)差異;在3mM硝酸鹽的生長(zhǎng)條件下，其干重顯