大白菜黄化突变基因Brpem1精细定位及表达特性分析
发布时间：2020-03-30 21:30
【摘要】：叶色突变是植物界中广泛存在的一种变异现象。利用不同方法已在多种植物中创制并鉴定出叶色突变体,尤以黄化突变最多,在突变表型特征、生理机制、遗传特性及突变基因定位克隆等方面都有研究。多数黄化突变体表现为光合色素含量降低、光合速率下降,导致减产甚至植株死亡。大白菜(Brassica campestris ssp.pekinensis)原产于中国,属十字花科芸薹属,为二年生草本植物,是我国广泛栽培的一种蔬菜作物。自2011年大白菜基因组测序结果发布以来,大白菜的基因组研究进入了功能基因组时代,通过人工诱变创制突变体来分析阐明基因的功能,是功能基因组的重要研究方法。本研究采用~(60)Co-γ射线诱变花蕾并结合游离小孢子培养方法,获得了一份稳定遗传的大白菜黄化突变体pem1(plant etiolation mutant 1)。在对突变体pem1生理及遗传特性分析的基础上,开展了突变基因精细定位及候选基因功能研究,主要研究结果如下。1.大白菜黄化突变体pem1的形态特征、光合特性及叶绿体超微结构黄化突变体pem1全生育期植株黄化,叶球变小。与野生型‘FT’相比,突变体pem1叶片中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均显著降低,光合速率下降,叶绿素的荧光动力学参数显著降低,表明突变体pem1中光合色素含量下降影响了植株光合作用。突变体pem1的叶绿体退化,类囊体垛叠较为稀疏,叶绿体形状不规则并且有明显的大淀粉粒出现。2.大白菜黄化突变基因Brpem1的精细定位黄化突变体pem1遗传分析结果表明,突变性状由一对隐性核基因控制。通过SSR分析,将黄化突变基因Brpem1定位于A03号染色体的SSRlx-49和SSRlx-69两个标记之间,与突变基因的遗传距离分别为0.32 cM和0.17 cM。对比大白菜基因组序列信息,定位区间的物理距离为25.88 kb,内含7个基因。通过对定位区间内全部7个基因的克隆测序,发现与野生型‘FT’相比,只有Bra024218基因的启动子区域有一段30bp的缺失。Bra024218的拟南芥同源基因AT4G28210的注释功能为胚胎缺陷(EMBRYO DEFECTIVE 1923,EMB1923),且影响叶绿体发育,遂预测Bra024218为黄化突变基因Brpem1的候选基因。3.大白菜黄化突变候选基因Bra024218的表达模式分析突变基因序列变异特征分析结果表明,与野生型‘FT’相比,在黄化突变体pem1中Bra024218基因启动子区域30bp的缺失区段上,有一个启动子核心元件CAAT框,缺失区域可能是启动子的一个核心区域。qRT-PCR分析结果表明,候选基因Bra024218在根、茎、叶、花蕾、花和荚果中均有表达,在突变体中的表达量明显减弱。候选基因Bra024218在各发育时期叶片中的表达量也都显著减弱。GUS分析表明,候选基因Bra024218在所有组织中也都有表达,但在突变体中的表达较弱。突变体中的GUS酶活性也显著下降。亚细胞定位结果表明,候选基因只在叶绿体中表达。4.大白菜黄化突变体pem1叶绿素缺失原因黄化突变体pem1与其野生型‘FT’转录组测序分析结果表明,在检测出的大量显著性差异表达的基因中,有333个基因与叶色突变是相关的。在突变体pem1的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中,18个基因显著下调表达。对叶绿素生物合成途径中间产物含量及相关基因表达模式进行比较分析,发现叶绿素合成中间产物含量下降,一些关键产物含量显著降低。编码叶绿素合成关键酶基因的表达量显著下降。在差异表达基因中,编码FtsHi蛋白的基因显著上调表达,其可能影响到突变体pem1叶绿体的发育。编码叶绿素a-b结合蛋白基因的表达量显著下调表达,可能影响到突变体pem1的捕光能力。
【图文】：
的生物合成也显著上调，通过抑制能量的过度激发，保护黄化质体免受光氧化损伤（Rodriguez-Villalon et al., 2009）。图1-1 叶绿素生物合成途径示意图（张琨，2017）Fig. 1-1 Diagram of chlorophyll biosynthesis pathway （Zhang, 2017）
在许多物种中已发现了血红素代谢紊乱导致叶色突变（Xie et al., 2012; Shi et al., 2013;Li et al., 2014）。图1-2 四吡咯生物合成示意图（Terry and Kendrick, 1999）Fig. 1-2 Diagram of tetrapyrrole biosynthesis (Terry and Kendrick, 1999)1.1.7.3 编码叶绿体蛋白的基因突变
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S634.1
本文编号：2608090
【图文】：
的生物合成也显著上调，通过抑制能量的过度激发，保护黄化质体免受光氧化损伤（Rodriguez-Villalon et al., 2009）。图1-1 叶绿素生物合成途径示意图（张琨，2017）Fig. 1-1 Diagram of chlorophyll biosynthesis pathway （Zhang, 2017）
在许多物种中已发现了血红素代谢紊乱导致叶色突变（Xie et al., 2012; Shi et al., 2013;Li et al., 2014）。图1-2 四吡咯生物合成示意图（Terry and Kendrick, 1999）Fig. 1-2 Diagram of tetrapyrrole biosynthesis (Terry and Kendrick, 1999)1.1.7.3 编码叶绿体蛋白的基因突变
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S634.1
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1 李想;大白菜黄化突变基因Brpem1精细定位及表达特性分析[D];沈阳农业大学;2019年
，本文编号：2608090
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