萝卜角果发育形态和解剖特征及其分子调控机理研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ciscohd
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花和果实不仅是植物繁衍后代的繁殖器官,也是某些植物重要的产品器官。花和果实的发育过程是植物最复杂的生物学过程之一。十字花科植物的角果形态结构各异,白菜、甘蓝等角果在发育后期自然开裂,种子散落,收获不及时严重影响种子产量;而萝卜角果形态与甘蓝、白菜等形态差异较大,角果不开裂,较难脱粒。本研究通过对萝卜、白菜及两者的远缘杂种的不同发育阶段雌蕊和角果进行形态解剖观察和转录组测序分析,对萝卜角果形态建成和调控机制进行研究,为萝卜角果发育的遗传改良提供理论依据和技术支持。同时,为了提高萝卜及其近缘物种基因表达验证分析的准确性,基于转录组数据,分析和筛选了适合在萝卜及其近缘物种中应用的、表达稳定的内参基因。主要研究结果如下:1为分析萝卜与白菜及其远缘杂种的雌蕊(角果)形态结构差异以及开裂性形成原因,本研究通过石蜡切片、体视显微镜观察等方法,对萝卜同白菜及其远缘杂种不同发育阶段的雌蕊(角果)进行形态学和解剖学观察,发现萝卜与白菜、远缘杂种的雌蕊(角果)生长发育过程基本一致,但是结构迥异。萝卜角果没有明显的腹缝线和背缝线,角果果皮较厚,生长发育后期无果瓣边缘形成,在其基部有明显呈对称性的果瓣似突起。白菜角果果瓣较薄,在角果生长发育后期果瓣边缘形成开裂区,果实开裂,种子散落。萝卜与白菜杂交产生的远缘杂种在形态上介于两者之间,以中部果瓣与喙的连接点为界限,其上半部分与萝卜角果的上半部分的外部形态相同,在角果发育后期不开裂;下半部分与白菜角果的下半部分形态相近,在角果发育后期开裂。2为研究萝卜角果特异形态建成的调控机制,对萝卜、白菜以及远缘杂种不同发育时期的雌蕊(角果)进行转录组测序和分析。对雌蕊发育不同阶段的差异表达基因的分析发现,在生物过程条目中”细胞过程”“代谢过程”“单细胞生物过程”“刺激响应”“发育过程”差异表达基因数目最多;在细胞组分条目中,”细胞”“细胞组分”“细胞器”的差异表达基因数目最多;在分子功能分类条目中,”结合”“催化活性”“核酸结合的转录因子活性”与差异表达基因数目最多。对主要代谢途径的分析还发现,植物激素如玉米素、生长素、油菜素内脂和细胞壁水解酶的生物合成以及与花发育相关的转录因子参与雌蕊形态建成和角果开裂。3稳定内参基因的筛选是获得准确基因表达qPCR结果的重要手段,但是在萝卜中,关于专属适用的稳定内参基因的研究较少。本试验选择28个组织,包括20个萝卜不同组织器官,4个白菜不同组织器官以及4个远缘杂种不同组织器官进行候选内参基因筛选,初步获得12个候选内参基因,包括9个传统内参基因(GAPDH,TEF2,ACTIN2/7,TUA,BPII,18SrRNA,UBC9和UP2)和3个新候选内参基因(GSNOR,UPR和DSS1)。将这12个基因在28个组织中的 qPCR 结果进行 △Ct,geNorm,NormFinder,BestKeeper 和 RefFinder 分析,结果显示,在萝卜所有组织器官中稳定表达的基因是GAPDH,DSS1和和UP2;在萝卜不同组织器官中稳定表达的是UPR,GSNOR1和ACTCN2/7;在萝卜雌蕊不同发育阶段表达稳定的是UP2和GAPDH;RPII,UBC9和GAPDH在萝卜幼苗胁迫条件下表达稳定;DSS1,UP2和TEF2巧在白菜不同组织中表达稳定,远缘杂种中表达最为稳定的是TUA;UP2,GAPDH和TEF2在所有组织中表达最为稳定。进一步选择3个与角果发育有关的基因YAB3,RP 和FUL对UP2,GAPDH,UPR和GSNOR1四个候选内参基因的稳定性进行比较分析,发现选用表达不稳定的基因对目的基因表达量进行校正时,目的基因表达趋势被扭曲,这进一步说明了选择稳定内参基因进行qPCR分析的重要性。
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