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《湖南农业大学》 2007年
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芥菜型油菜黄籽形成的分子机理研究

严明理  
【摘要】: 油菜是世界上最主要的油料作物之一,目前各国都在大力发展优质油菜,主要表现在降低种子中的芥酸、硫苷、亚麻酸及纤维素含量,提高油酸和蛋白质含量。在相同的遗传背景下,黄籽油菜的种子含油量普遍高于黑籽;且黄籽油菜具有种皮薄、色素少、纤维素含量低、油清澈透明、蛋白质含量高等优点。目前在生产上种植的油菜普遍是甘蓝型黑籽油菜,而不是甘蓝型黄籽油菜。培育甘蓝型黄籽油菜将有广阔的前景,但在广泛栽培甘蓝型油菜中没有天然的黄籽种质,通过远缘杂交或诱变等育成的甘蓝型黄籽油菜的黄籽性状遗传不稳定且种子是杂黄色。油菜黄籽形成的机理还未研究清楚,因此培育优良的黄籽油菜成为了油菜育种的一个难题。 芥菜型油菜种皮颜色为质量性状,与黑种皮性状相比,黄色种皮为隐性,多数研究结果认为芥菜型油菜种皮颜色是由1-2个基因控制。本试验研究了芥菜型油菜种皮颜色的遗传,找到了种皮颜色基因紧密连锁的标记;分析了芥菜型油菜油菜种皮的化学成分;克隆了芥菜型油菜类黄酮生物合成途径中的相关基因,并用RT-PCR方法对这些基因在种子和种皮中的表达进行了分析,研究结果如下: 无论是黄籽油菜还是黑籽油菜种子的胚都是黄色的,黄籽的种皮是透明的,黑籽的种皮为黑色,黄籽颜色是其胚颜色的体现。 种皮颜色由2对独立的基因控制,只要一个位点为显性,种皮就为黑色。以四川黄籽为轮回亲本,紫叶芥为供体亲本培育的BC_5F_2分离群体为种皮颜色基因的定位群体,找到了2个与棕色种皮基因连锁的SCAR标记SZ1_(-331)和SCAR57_(-383)。连锁分析表明,标记SZ1_(-331)和SCAR57_(-383)标记与种皮颜色基因位点的交换率都为2.35%,遗传距离都为2.5cM,二者位于基因的同一侧,与已发表的标记RA2-A11位于同一连锁群。 测定了种皮中多酚,花色素,纤维素、黑色素和木质素的含量;紫叶芥种皮与四川黄籽种皮的花色素、黑色素和木质素含量之比依次为3.26、3.73、3.02;紫叶芥种皮与四川黄籽种皮中的多酚和纤维素含量之比为分别为1.16、0.99。基于加入位移试剂后特征吸收谱带Ⅰ与Ⅱ的位移方向与大小,推测了黑籽种皮多酚可能含有A环有邻二酚羟基,这种多酚分子结构差异可能是芥菜型油菜种皮色泽差异的主要原因。利用香草醛染色的方法发现了在发育中的黑籽芥菜型油菜种皮中含有黄烷3,4-二羟基醇和黄烷4-羟基醇,而黄籽种皮中没有这些物质。利用能与原花色素特异结合产生蓝色物质的染料对二甲氨基肉桂醛(DMACA)对成熟的芥菜型油菜种皮进行染色,发现黑籽种皮被染上蓝色,而黄籽种皮不能染色,表明在黄籽种皮中不含原花色素,因此认为原花色素是导致芥菜型油菜黄黑籽种皮颜色差异的主要物质。 采用同源克隆的方法,参照拟南芥等植物控制类黄酮合成的基因序列设计引物,克隆了芥菜型油菜类黄酮合成相关基因拷贝。对克隆的拷贝进行测序和BLAST分析,克隆的26基因拷贝属于21个已知功能的基因,其中CHS和PAP有3个拷贝,CHI有2个拷贝,其他基因只获得一个拷贝。在GenBank上,除GST外,其他基因序列在芥菜型油菜未见报道,其中F3H、LAC、TT12、TT1、TT8、TT16、TTGJ、TTG2、AHA10、BAN、PAP和FLS的序列,在芸薹属植物中未见报道。 以克隆的芥菜型油菜类黄酮合成基因序列为基础,利用RT-PCR方法,对这些基因在四川黄籽、紫叶芥及其黑籽近等基因系NILA和NILB种子和种皮中的转录进行了分析。基因PAP和AHA10在种子和种皮中均没有检测到表达;结构基因PAL、C4H、CHS、CHI、F3H、F3'H、LAC、TT12、GST、FLS和调节基因TT1、TT2、TT8、TT16、TTG1、TTG2在黄黑籽种子和种皮中均检测到表达,其中CHS在黄黑籽种皮间表达量有明显的差异,黑籽种皮的表达量明显高于黄籽;DFR、BAN和ANS基因在黄黑籽种子和黑籽种皮中表达,但在黄籽种皮中没有表达。 本研究表明DFR、ANS和BAN基因的在种皮中的不表达将会导致在芥菜型油菜透明种皮的形成,从而产生黄籽。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S565.4

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4 耿寅峰;芥菜型油菜与红菜薹远缘杂种的鉴定及杂种后代直接利用的研究[D];华中农业大学;2013年
5 魏子立;新型芥菜型油菜(A~rA~rB~cB~c)的培育[D];华中农业大学;2011年
6 孙植;芥菜型油菜细胞质雄性不育系WJS01A及其衍生后代的研究[D];华中农业大学;2012年
7 袁玉辉;芥菜型油菜TT8干扰载体的构建及遗传转化[D];湖南农业大学;2013年
8 李君剑;根癌农杆菌介导双价抗虫基因转化芥菜型油菜的研究[D];山西大学;2004年
9 汤敏;芥菜型油菜黄籽候选基因BjuA.YSC表达载体构建和遗传转化[D];湖南农业大学;2012年
10 易聪聪;芥菜型油菜MOR CMS恢复基因的图谱定位[D];华中农业大学;2013年
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