胡蘿卜瓣化型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及其保持系的轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、胡蘿卜的瓣化型雄性不育系是胡蘿卜雜交育種過程中的主要應(yīng)用類型，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其不育性是由于花發(fā)育過程中雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)引起的，因此瓣化型CMS不僅是研究核質(zhì)互作的理想材料，也是研究花的同源異型轉(zhuǎn)變的重要材料。然而長期以來對瓣化型CMS的發(fā)生機(jī)制的研究主要集中于線粒體基因，對核上基因的研究較少并且沒有從整體水平上研究CMS的形成機(jī)理，到目前為止CMS產(chǎn)生的分子機(jī)制仍不明確。本研究以胡蘿卜瓣化型CMS系(P2S)及其保持系(P2M

2、)為材料，首先利用掃描電鏡對處于不同發(fā)育時(shí)期(T1-T4)的P2S和P2M的花序發(fā)育過程進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察分析，然后對處于四個花發(fā)育時(shí)期的不育系及保持系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，從整體上對胡蘿卜瓣化型CMS產(chǎn)生的原因進(jìn)行初步解析。
　　掃描電鏡觀察結(jié)果表明:T1時(shí)期，莖尖組織中央萌發(fā)出一個頂端分生組織;T2時(shí)期，內(nèi)部萌發(fā)有小花原基的未成熟的小花序在總花序外圍出現(xiàn)，并且總花序的中間依然存在大量的小花序原基;T3時(shí)期，小花序逐漸發(fā)育成熟，并且在小花

3、序內(nèi)部萌發(fā)出大量花原基;T4時(shí)期，小花序內(nèi)部的小花原基發(fā)育成未成熟的小花。
　　經(jīng)過Illumina測序，總共獲得了426，863，333條高質(zhì)量的雙端clean reads，每個cDNA文庫表達(dá)的基因在23621到26200之間。同時(shí)獲得2838個差異表達(dá)基因，其中在不育系中有1495個基因顯著下調(diào)，1343個基因顯著上調(diào)。相比于不育系，分別有217、470、1355、796個基因在處于T1、T2、T3和T4時(shí)期的保持系中差異表

4、達(dá)。大量的差異表達(dá)基因參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和苯丙素生物合成途徑。21個參與植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和22個參與苯丙素和類黃酮生物合成途徑的差異表達(dá)基因在T3時(shí)期的不育系中表達(dá)顯著下調(diào)。此外，12個參與氧化磷酸化過程的線粒體基因包括5個ATP合酶、4個細(xì)胞色素c氧化酶以及3個NADH脫氫酶基因在T3時(shí)期的不育系中呈低水平表達(dá)，顯著低于保持系中表達(dá)水平。不育系中13個PPR蛋白相關(guān)基因在T2時(shí)期表達(dá)量顯著低于保持系的表達(dá)量，但是其中

5、9個差異基因在T3時(shí)期表達(dá)量顯著上調(diào)并且超過保持系的表達(dá)量。相似地，22個參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工通路的熱激蛋白相關(guān)基因在T2-T4時(shí)期不育系中的表達(dá)顯著上調(diào)。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)9個花器官發(fā)育相關(guān)的MADS-box基因在不育系和保持系之間差異表達(dá)，其中DcP、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2時(shí)期不育系中表達(dá)量顯著低于保持系中的表達(dá)量，可能是導(dǎo)致雄蕊轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵原因。然而從T2到T3時(shí)期，9個MADS-box基因的表達(dá)