甘藍(lán)型油菜形成中親本種自交不親和基因的變異與互作.pdf

1、自交不親和(self-incompatibility，SI)是植物進(jìn)化出的一種防止自交衰退、保持遺傳多樣性的遺傳機(jī)制，在生物學(xué)研究和農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面均有重要意義。蕓薹屬植物的自交不親和性在遺傳上受S位點(diǎn)(主要包括花粉識(shí)別基因SP11/SCR和柱頭識(shí)別基因SRK)的復(fù)等位基因控制。S位點(diǎn)的基因以一個(gè)整體向后代傳遞，稱作S單倍型。根據(jù)SRK、SLG（S位點(diǎn)糖蛋白基因）、SP11序列相似程度，S單倍型被分為Ⅰ類和Ⅱ類，Ⅰ類相對(duì)于Ⅱ類為顯性。異源四

2、倍體種甘藍(lán)型油菜（Brassica napus，2n=4x=38，AACC）大約7500年前由兩個(gè)二倍體祖先種白菜型油菜(B.rapaL.，2n=2x=20，AA)和甘藍(lán)(B.oleraceaL.，2n=2x=18，CC)之間的雜交進(jìn)化而來。雖然白菜型油菜、甘藍(lán)以及人工合成的甘藍(lán)型油菜均表現(xiàn)自交不親和，但天然的甘藍(lán)型油菜是自交親和的(self-compatibility，SC)。特別的是，從天然甘藍(lán)型油菜中分離出的祖先白菜型油菜又恢復(fù)自

3、交不親和性，這為研究甘藍(lán)型油菜進(jìn)化中祖先種S位點(diǎn)基因的互作、SI至SC的轉(zhuǎn)變機(jī)制提供了獨(dú)特的材料與機(jī)會(huì)。本研究以從兩個(gè)甘藍(lán)型油菜品種奧羅(Oro)和中雙11(ZS11)中分離出的白菜型油菜(OroA、ZS11A)、人工合成的甘藍(lán)型油菜等為材料，通過表型鑒定、基因克隆、表達(dá)分析等方法，研究甘藍(lán)型油菜形成中自交不親和基因的變異及互作分子機(jī)制，主要結(jié)果如下:
　　1.人工合成甘藍(lán)型油菜S位點(diǎn)基因的結(jié)構(gòu)變化與表達(dá)
　　親本白菜型油菜

4、（AA）的S單倍型與BoS-45相似，命名為BrS-AA、甘藍(lán)(CC)的S單倍型為BoS-15。分析人工合成甘藍(lán)型油菜不同世代(S0-S6)的S單倍型組成發(fā)現(xiàn)，S0(AA.CC、CC.AA)的A、C基因組上的S位點(diǎn)基因與親本均不同。特別是，AA.CC和CC.AA的Ⅰ類SRK外顯子2-4區(qū)間序列分別與BnSRK-1和BnSRK-910相似度最高，但它們的外顯子1（編碼S區(qū)）與BcSRK-99相似度均為99％，這說明SRK基因的不同區(qū)域序列

5、變化不一致;而AA.CC的Ⅰ類SLG與BcSLG-99的相似度僅為88％，這說明AA.CC中SRK的S區(qū)和SLG序列的變異也不一致。AA.CC與CC.AA不同，來自母本的Ⅰ類S位點(diǎn)基因，從新合成的S0開始向BnS-1的方向發(fā)生明顯改變;來自父本的Ⅱ類SRK與BnSRK-60和BOLSRK-1相似度均高于與BnSRK-6的相似度，由此可見來自父本的Ⅱ類S單倍型比來自母本的Ⅱ類S單倍型變異更加復(fù)雜。到S3及之后世代，其S單倍型呈現(xiàn)為自然界中

6、常見的組合BnS-1/BnS-6。在表達(dá)方面，盡管CC.AA和S1-2的Ⅰ類SRK基因序列相似，但表達(dá)產(chǎn)物差異較大，因此人工合成的甘藍(lán)型油菜在核酸序列上和基因表達(dá)上均發(fā)生了改變;其Ⅰ類和Ⅱ類SP11均有表達(dá)，由此推測(cè)Ⅰ類SP11雖然外顯子區(qū)沒有變化，但其上下游其他區(qū)段缺失或插入，導(dǎo)致其沉默Ⅱ類SP11的功能喪失。
　　親本白菜型油菜地方品種青海大黃(QD)的S單倍型為BrS-f2、遲花芥蘭(CJ)的S單倍型為BoS-5，S1和S5

7、的S單倍型為親本S單倍型的組合即BrS-f2/BoS-5。在表達(dá)方面，從S1到S5，Ⅰ類SRK從無表達(dá)變?yōu)楸磉_(dá)，Ⅱ類SRK從有表達(dá)變?yōu)闊o表達(dá)，SP11的表達(dá)沒有發(fā)生變化，由此可見即使S單倍型沒有發(fā)生改變，其S位點(diǎn)基因的表達(dá)也會(huì)改變，并且是向著自交親和的方向改變。
　　2.分離白菜型油菜的S位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)與表達(dá)
　　兩個(gè)甘藍(lán)型油菜供體的S單倍型組合均為BnS-1/BnS-6。對(duì)分離出的白菜OroA和ZS11A的S單倍型研究表明，

8、二者的Ⅰ類S單倍型與親本A基因組的S單倍型并不相同。OroA的Ⅰ類SRK與BnS RK-910相似，Ⅰ類SRK表達(dá)產(chǎn)物與BrSRK-99相似度為99％;其Ⅱ類S單倍型BrS-60，SRK和SP11均有效表達(dá)。Ⅰ類SRK基因序列和表達(dá)產(chǎn)物不屬于同一S單倍型，因此可能是Ⅰ類SRK序列發(fā)生變化使其SRK結(jié)構(gòu)改變或其他關(guān)鍵因子不匹配，在蛋白水平上不能抑制Ⅱ類SRK，從而柱頭和花藥中的Ⅱ類SI決定因子相互作用，發(fā)生自交不親和反應(yīng)。ZS11A中Ⅰ類

9、S單倍型為BrS-AA，未有效表達(dá)，Ⅱ類SRK和SLG缺失，SP11有效表達(dá)，BcSLR-2在柱頭上有效表達(dá)，因此可能是BcSLR-2與SP11相互作用導(dǎo)致ZS11A表現(xiàn)為自交不親和。
　　3.人工合成甘藍(lán)型油菜和人工分離白菜S位點(diǎn)基因變化
　　AA和ZS11A的比較發(fā)現(xiàn)，它們的Ⅰ類SRK和SLG序列相似度為99％和97％，CC.AA與OroA的比較發(fā)現(xiàn)，它們的Ⅰ類SRK和SLG相似度為99％和93％。由此可以推測(cè)，人工合成