甘藍(lán)型油菜華油雜6號(hào)及其親本的基因差異表達(dá)研究.pdf

1、雜種優(yōu)勢(shì)利用可以提高作物產(chǎn)量，節(jié)約土地資源，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是遺傳學(xué)應(yīng)用于實(shí)踐最成功的范例之一。雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)爭(zhēng)論了將近一個(gè)世紀(jì)，顯性假說(shuō)認(rèn)為，雜種優(yōu)勢(shì)來(lái)源于等位基因的顯性效應(yīng)，和非等位基因間顯性效應(yīng)的累積作用；超顯性假說(shuō)則認(rèn)為，雜合等位基因的互作導(dǎo)致了雜種優(yōu)勢(shì)。 生物技術(shù)的發(fā)展為直接在基因組水平上研究雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理提供了基礎(chǔ)。Stuber等認(rèn)為，超顯性是玉米雜種優(yōu)勢(shì)形成的主要原因；Xiao等(1995)

2、認(rèn)為顯性作用是水稻雜種優(yōu)勢(shì)形成的遺傳基礎(chǔ)，Yu等(1997)和Hua等(2003)認(rèn)為上位性在雜種優(yōu)勢(shì)形成過(guò)程中起重要作用。這些研究延續(xù)了顯性假說(shuō)和超顯性假說(shuō)的爭(zhēng)議，沒(méi)有形成雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理一致的遺傳學(xué)解釋。 從基因組水平上看，雜種的全部基因都來(lái)自雙親，雜種中并未產(chǎn)生新的基因。因此雜交種所表現(xiàn)出的雜種優(yōu)勢(shì)應(yīng)與基因表達(dá)水平上發(fā)生變化有關(guān)，這可能成為認(rèn)識(shí)雜種優(yōu)勢(shì)分子機(jī)理的一條新途徑(孫其信等，1998)。應(yīng)用mRNA差異顯示技術(shù)，胡建廣

3、等(1999)和孫其信等(2004)分別探討了水稻、小麥基因表達(dá)與雜種優(yōu)勢(shì)的關(guān)系，都認(rèn)為基因差異表達(dá)與作物雜種優(yōu)勢(shì)有密切的關(guān)系。隨著基因芯片技術(shù)的應(yīng)用，大規(guī)模平行研究基因表達(dá)已經(jīng)成為可能，這種技術(shù)能夠揭示基因表達(dá)的數(shù)量變化，可以反映基因表達(dá)的時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)于研究雜種優(yōu)勢(shì)有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。 華油雜6號(hào)是利用不育系8086A和恢復(fù)系7.5配制的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗倒伏、早熟、適應(yīng)性廣的甘藍(lán)型雜交油菜新品種。該組合芥酸含量0.4％，硫苷含

4、量27.78／zm01.g<'-1>，含油量40.4％。在2000～2002年國(guó)家長(zhǎng)江下游區(qū)試中，兩年平均畝產(chǎn)145.05kg，比對(duì)照中油821增產(chǎn)15.52％，居參試雙低品種首位。2002年通過(guò)湖北省和安徽省品種審定，2003年通過(guò)湖南省和全國(guó)品種審定，2004年通過(guò)河南省品種審定和四川省品種認(rèn)定。本文以華油雜6號(hào)及其親本為材料，用擬南芥cDNA芯片，分析了雜種和親本在子葉期、苗期和花蕾的基因表達(dá)差異，初步探討甘藍(lán)型油菜雜種優(yōu)勢(shì)形成的

5、分子機(jī)理。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果和主要結(jié)論如下： 子葉期，華油雜6號(hào)與母本8086A比較有45個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和73個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)118個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的5.12％；華油雜6號(hào)與父本7-5比較有105個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和126個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)231個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的10.03％。其中，上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(150個(gè))少于下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(199個(gè))：雜種相對(duì)于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本(231個(gè))是雜種相對(duì)于母本發(fā)

6、生改變轉(zhuǎn)錄本(118個(gè))的兩倍。 在華油雜6號(hào)／8086A和華油雜6號(hào)／7-5兩組實(shí)驗(yàn)中，子葉期共有7個(gè)相同的上調(diào)表達(dá)基因和11個(gè)相同的下調(diào)表達(dá)基因。7個(gè)上調(diào)表達(dá)基因中有4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，占總數(shù)的57.1％，即轉(zhuǎn)錄因子在上調(diào)表達(dá)相同基因中處于優(yōu)勢(shì)地位；11個(gè)相同的下調(diào)表達(dá)基因中，除開(kāi)2個(gè)功能未知基因外，有6個(gè)基礎(chǔ)代謝基因，占已知功能基因數(shù)目的66.7％，基礎(chǔ)代謝基因在下調(diào)表達(dá)相同基因中處于優(yōu)勢(shì)地位。在苗期，華油雜6號(hào)與母本8086A

7、比較有26個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和21個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)47個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的0.98％；華油雜6號(hào)與父本7.5比較有58個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和32個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)90個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的1.88％。其中，上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(84個(gè))多于下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(53個(gè))，雜種相對(duì)于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本(90個(gè))是雜種相對(duì)于母本發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄本(47個(gè))的兩倍。在華油雜6號(hào)／8086A和華油雜6號(hào)／7-5兩組實(shí)驗(yàn)中，有3個(gè)相同

8、的上調(diào)表達(dá)基因，代表5個(gè)基因位點(diǎn)；沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相同的下調(diào)表達(dá)基因。這些相同的上調(diào)表達(dá)基因全部為基礎(chǔ)代謝基因。花蕾中，華油雜6號(hào)與母本8086A比較有83個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和331個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)414個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的8.63％；華油雜6號(hào)與父本7-5比較有94個(gè)上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和423個(gè)下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，合計(jì)517個(gè)轉(zhuǎn)錄本，占芯片上總位點(diǎn)的10.71％。其中，上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(177個(gè))明顯少于下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本(774個(gè))

9、：雜種相對(duì)于父本發(fā)生改變的轉(zhuǎn)錄本有517個(gè)，雜種相對(duì)于母本發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄本只有414個(gè)。在華油雜6號(hào)／8086A和華油雜6號(hào)/7-5兩組實(shí)驗(yàn)中，子葉期共有21個(gè)相同的上調(diào)表達(dá)基因和71個(gè)相同的下調(diào)表達(dá)基因和轉(zhuǎn)錄本。21個(gè)上調(diào)表達(dá)基因中除去2個(gè)功能未知基因，其它全部為基礎(chǔ)代謝基因。71個(gè)相同的下調(diào)表達(dá)基因中，除開(kāi)21個(gè)功能未知基因外，只有8個(gè)基礎(chǔ)代謝基因，占已知功能基因數(shù)目的15.69％。部分基因的Northern印跡結(jié)果與芯片實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本