蕓薹屬作物與Moricandia nitens間甘氨酸脫羧酶P亞基基因的比較分析.pdf

1、油菜是世界上廣泛種植的一種油料作物，它在植物分類上屬于十字花科(Cruciferae)蕓苔屬(Brassica)，以收獲種籽榨油為主要目的。從碳同化過程來看，蕓苔屬作物屬于C3類型植物，一般光呼吸比較強(qiáng)烈、二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)比較高，因此光合效率比較低。Moricandianitens屬于十字花科Moricandia屬，在親源關(guān)系上與蕓薹屬植物比較近，其二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)介于C3和C4植物之間，是一種C3-C4中間類型植物。從碳同化過程來看，該種

2、類型植物同樣行使C3途徑，其在光合生理和遺傳基礎(chǔ)上比C3植物更接近C4植物，它們被認(rèn)為是為向C3植物中轉(zhuǎn)移C3-C4光合特性的寶貴植物資源。據(jù)信，類花環(huán)式的葉片解剖結(jié)構(gòu)和P亞基的特異性分布是C3-C4植物具有低二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)的主要原因。本研究在擁有M.nitens與甘藍(lán)之間體細(xì)胞雜種的基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建了基因組組成為MACC的倍半四倍體，迫使M染色體組與A染色體組之間發(fā)生同源重組，并期望以控制C3-C4性狀相關(guān)的基因替換控制C3性狀的相關(guān)

3、基因，進(jìn)而將C3-C4性狀由C3-C4植物轉(zhuǎn)移到C3類型二倍體油菜栽培種當(dāng)中去，為最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建具有低二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)的新型白菜型油菜提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)，研究了C3-C4植物M.nitens、甘藍(lán)型油菜以及擬南芥的甘氨酸脫羧酶P亞基基因(gdcP)在基因結(jié)構(gòu)上的異同，初步分析了C3-C4植物在由C3到C3-C4的進(jìn)化過程中，P亞基基因在這兩個(gè)不同類型植物間差異表達(dá)的可能原因，具體結(jié)果如下： 1.總共有2,966bp和3,254

4、bp甘氨酸脫羧酶P亞基的部分基因組序列分別從M.nitens和甘藍(lán)型油菜中分離出來，其中各包括一段1323bp和1608bp非翻譯區(qū)和調(diào)控區(qū)，第一和第二個(gè)外顯子和內(nèi)含子，以及一小部分第三個(gè)外顯子。目前這兩個(gè)序列已經(jīng)遞交給Genbank，序列號(hào)分別為AY544771和AY544772。 2.對(duì)M.nitens、甘藍(lán)型油菜和擬南芥的甘氨酸脫羧酶P亞基的部分序列同源性分析的結(jié)果表明，M.nitens和甘藍(lán)型油菜在結(jié)構(gòu)基因部分間的同源性

5、要比它們分別與擬南芥的同源性要高的多；然而，在基因的調(diào)控區(qū)，擬南芥和甘藍(lán)型油菜間的同源性要比它們與M.nitens的同源性要高。以上結(jié)果說明M.nitens和甘藍(lán)型油菜之間的分化相對(duì)于擬南芥要晚的多，同時(shí)也暗示著在C3-C4植物出現(xiàn)之前，C3植物便已經(jīng)存在了，同時(shí)，也說明了P亞基基因在C3與C3-C4物種之間差異表達(dá)的原因可能在于它們的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)之間存在的差異有關(guān)。 3.建立了以農(nóng)桿菌介導(dǎo)遺傳轉(zhuǎn)化C3-C4類型植物Morican

6、diaarvensis的體系。 4.將來自于甘藍(lán)型油菜P亞基基因1.6kb長(zhǎng)的啟動(dòng)子序列與GUS基因融合，通過農(nóng)感菌介導(dǎo)對(duì)C3-C4植物Moricandiaarvensis進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化。GUS染色結(jié)果表明，與M.arvensis自身的P亞基的表達(dá)模式不同的是，GUS基因除了可以在轉(zhuǎn)基因植株M.arvensis的維管束鞘細(xì)胞內(nèi)表達(dá)之外，在葉肉細(xì)胞中也有很強(qiáng)的表達(dá)活性。這說明，C3類型植物的P亞基基因的啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)可能存在兩個(gè)獨(dú)立

7、的順式作用因子，它們分別控制著維管束和葉肉細(xì)胞的特異性表達(dá)。C3-C4植物在由C3到C3-C4的進(jìn)化過程中，控制葉肉細(xì)胞特異表達(dá)的順式作用因子可能發(fā)生了某些改變從而導(dǎo)致了C3-C4植物的的葉肉細(xì)胞喪失了特異性表達(dá)P亞基基因的能力。 5.根據(jù)M.nitens和甘藍(lán)型油菜之間在甘氨酸脫羧酶P亞基的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)的序列差異，設(shè)計(jì)了一對(duì)特異于M.nitens的顯性的基因特異標(biāo)記gdcPM，可用于向C3類型二倍體油菜栽培種轉(zhuǎn)移C3-C4性狀的

8、分子標(biāo)記輔助選擇的過程。 6.通過組織切片和超微結(jié)構(gòu)觀察，從倍半四倍體MACC與白菜型油菜的雜交后代中篩選到一株具有類似于M.nitens的類花環(huán)式結(jié)構(gòu)的單株1H75-1，SSR和細(xì)胞學(xué)分析的結(jié)果表明，該單株為M基因組與A基因組間的重組株；二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)分析結(jié)果表明，僅具有類花環(huán)式結(jié)構(gòu)對(duì)降低該單株的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)可能并沒有什么意義，這似乎也在暗示著只有類花環(huán)式結(jié)構(gòu)和P亞基的特異性分布有機(jī)地結(jié)合起來才真正有利于二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)的降低