人工合成甘蓝型油菜白叶性状的遗传分析与基因定位

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kel002
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白叶突变体是研究植物叶绿体发育机制的重要材料。本研究以绿叶(G7097和G2127)和白叶(W7105)甘蓝型油菜人工合成种为材料,通过植物显微技术、QTL-Seq和RNA-Seq等方法对白叶性状进行了初步的遗传分析和基因定位,为揭示油菜叶绿体发育和光合作用机理奠定了理论基础,同时为白叶性状作为形态标记应用于作物育种提供了理论依据。主要研究结果如下:1.W7105白叶性状受温度影响,其苗期叶片为正常绿色,在通过低温春化之后,新长出的幼嫩叶片均为白叶,仅叶缘和果喙为绿色。若将叶片白化单株移入温室(25℃),白化叶片逐渐复绿。2.叶绿素测定和透射电镜扫描结果表明:W7105白叶部分几乎不含叶绿素,叶绿体中缺乏基质类囊体和基粒类囊体结构,叶绿体结构呈现空泡化,而叶缘的绿色部分叶绿素含量和叶绿体结构均与正常绿叶一致。3.遗传分析表明,白叶对绿叶为隐性,白叶为多基因控制的数量性状。利用QTL-Seq技术在ChrC03染色体上检测到2个候选区间(1,152,377~1,191,666以及3,027,120~3,508,054区间),在给定的区间开发了8对多态性标记,在BC1群体中未扫描到QTL位点。4.将W7105变色前后的叶片以及G7097的绿叶进行RNA-Seq分析,筛选差异基因。以甘蓝型油菜为参考基因组筛选到的差异基因为2046个,其中1114个基因上调表达,932个基因下调表达,以白菜和甘蓝为参考基因组筛选到的差异基因为2414个,1336个基因上调表达,1078个基因下调表达。差异基因KEGG富集分析表明W7105变色前后光合、光合蛋白、叶绿素合成、碳固定等发生于叶绿体中的代谢路径存在大量基因下调表达,而核糖体合成、RNA降解等路径则表现为大量基因上调表达。GO功能富集分析发现在叶绿体类囊体、基粒、光合系统和质体发育等分类存在显著富集,与透射电镜观察结果一致,表明可能由于叶绿体发育相关的基因突变导致叶绿素不能合成并积累,从而造成白叶。5.给定的候选区段内存在174个注释基因,结合转录组数据发现有3个基因在转录组水平存在差异表达,其中Bol034281亚细胞定位在叶绿体中,在白叶比绿叶中表达量降低1.32倍。该基因参与编码一个30S核糖体S13亚基,可能是导致白叶表型的一个候选基因。
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