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奶白菜白色叶柄控制基因的定位

刘宏鑫  
【摘要】:白菜类蔬菜是东亚地区十分重要的蔬菜作物,种植面积广,种类多,营养价值高。叶片是植物进行光合作用的主要器官,叶柄是植物营养物质的传输通道,对叶片起到支撑作用。叶柄颜色是白菜类蔬菜重要的农艺性状,存在广泛的变异,但是变异基础并不明确。奶白菜叶色深绿、叶柄嫩白,是研究白菜类蔬菜叶柄颜色发育的重要材料。在本研究中,使用小菘菜和奶白菜为试材,研究了两者叶柄的叶绿体显微结构,初步定位了叶柄颜色控制基因。主要研究结果如下:1.利用小菘菜DH系‘G183’和奶白菜DH系‘W171’作为试材,研究了叶柄中总叶绿素含量的变化规律。在幼苗期,小松菜和奶白菜叶柄的总叶绿素含量相差不明显,随着植株的不断生长,小菘菜叶柄叶绿素含量不断增加,奶白菜叶柄叶绿素含量逐渐减少。成熟期,小菘菜与奶白菜叶柄的总叶绿素含量相差极显著,可达到15倍。2.利用透射电镜对奶白菜和小菘菜叶柄部位的叶绿体进行观察,发现两者叶绿体显微结构存在明显差异,奶白菜叶柄中叶绿体的淀粉粒积累较多,类囊体排列松散,基粒片层模糊且排列不整齐。小菘菜中几乎无淀粉粒积累,类囊体排列紧密,基粒片层整齐且清晰。3.遗传分析表明,奶白菜和小菘菜叶柄颜色差异来自细胞核,与细胞质无关,叶柄颜色为数量性状。将奶白菜和小菘菜杂交获得F_2分离群体,采取极端建池策略(绿柄池和白柄池),利用QTL-Seq方法共检测到3个控制叶柄颜色的QTL,分别位于A03染色体44533-1493479bp、A07染色体2416474-3445358bp和A07染色体7612186-9487677bp区域。4.利用RNA-Seq技术对奶白菜和小菘菜叶柄进行转录组分析,其中检测到10426个显著差异表达基因(DEGs),其中上调表达基因5405个,下调表达基因5021个,这些差异表达基因中包括24个大白菜叶绿素合成基因表达差异达到2倍以上。通过GO和KEGG富集分析发现,在GO富集分析中,显著性水平较高的三个Term为分子功能类别中转移酶活性(transferase activity)、四吡咯结合(tetrapyrrole binding)和血红素结合(heme binding),KEGG通路富集分析发现,光合作用(Photosynthesis)和光合作用天线蛋白(Photosynthesis-antenna ptotein)通路富集的显著性水平较高。


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