甘藍(lán)型油菜中基因表達(dá)的劑量效應(yīng)及甘藍(lán)-黑芥附加系的創(chuàng)建.pdf

1、多倍化或全基因組加倍發(fā)生在至少70％的顯花植物中，是植物物種形成的一個(gè)重要途徑。在多倍化事件發(fā)生的早期階段就發(fā)生了一系列的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)變化，并伴隨著基因的劑量平衡和基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控而引起基因表達(dá)水平的變化，這些深刻的變化可能使多倍體增強(qiáng)對環(huán)境的適應(yīng)力。然而，對于劑量平衡調(diào)控基因表達(dá)、基因組進(jìn)化方面依然知之甚少，對于影響基因?qū)┝恳蕾嚺c否的潛在機(jī)制方面更是難以捉摸。在本研究中，采用了研究異源多倍體的模式物種之一的蕓薹屬栽培種的一些物種來

2、研究基因/基因組劑量效應(yīng)對基因表達(dá)及互作的影響。一方面，是對整倍體的劑量效應(yīng)研究，采用RNA-Seq的方法分析了一系列不同A、C基因組劑量的蕓薹屬雜種/多倍體(AC，AAC，CCA，CCAA)及其二倍體親本的基因表達(dá)情況，來分析全基因組范圍內(nèi)的劑量不平衡對基因表達(dá)的影響。另一方面，我們試圖構(gòu)建全套的甘藍(lán)-黑芥單體異附加系，這不僅為研究由非整倍體（單體）引起的劑量平衡調(diào)控奠定了材料基礎(chǔ)，與此同時(shí)，全套的單體異附加系材料還可以進(jìn)行其他遺傳學(xué)

3、問題的研究以及應(yīng)用于育種實(shí)踐。主要結(jié)果如下:
　　1.劑量平衡對基因表達(dá)的影響及其進(jìn)化意義
　　為了探究基因組劑量變化對基因表達(dá)和互作的影響，用兩個(gè)相同的親本創(chuàng)建了一系列不同A、C基因組拷貝數(shù)的蕓薹屬雜種和多倍體(AC，AAC，CCA，CCAA)，并對這些材料及其親本進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A、C基因組基因表達(dá)的改變與劑量的變化一致。根據(jù)基因表達(dá)量與劑量之間的相關(guān)性，這些基因被分成了劑量依賴型和劑量非依賴型兩類。劑量

4、依賴型基因的表達(dá)量與劑量的變化表現(xiàn)出極強(qiáng)的相關(guān)性，這類基因主要表現(xiàn)為劑量效應(yīng);而劑量非依賴型基因的表達(dá)量與劑量的變化表現(xiàn)出很弱的相關(guān)性，這類基因表現(xiàn)為劑量補(bǔ)償效應(yīng)。與基因平衡假說的預(yù)測一致，劑量非依賴型基因的蛋白質(zhì)互作要比劑量依賴型基因的多。劑量依賴型基因更加傾向于通過反式調(diào)控作用來影響基因表達(dá)，而劑量非依賴型基因則更加傾向于通過順式調(diào)控作用來發(fā)揮作用。另外，劑量依賴型基因主要與生物體最基本的生物途徑相關(guān)，似乎主要起到維持生物體生長發(fā)育

5、穩(wěn)定性的作用;而劑量非依賴型基因則主要集中于壓力響應(yīng)相關(guān)的生物途徑，似乎對生物體的適應(yīng)性起重要作用。本研究通過在蕓薹屬植物中對基因表達(dá)依賴/非依賴劑量改變的基因的研究為劑量平衡對基因的表達(dá)調(diào)控及多倍體基因組進(jìn)化提供了新的見解。
　　2.甘藍(lán)-黑芥單體異附加系的創(chuàng)建
　　為了創(chuàng)建甘藍(lán)-黑芥單體異附加系，采用了一個(gè)本實(shí)驗(yàn)室早期通過甘藍(lán)(2n=18，CC)和黑芥(2n=16，BB)雜交獲得的異源三倍體雜種(2n=26，CCB)作為

6、母本，用親本甘藍(lán)(CC)作輪回親本進(jìn)行連續(xù)回交。在BC1至BC3回交后代中采用FISH和SSR分子標(biāo)記技術(shù)來篩選在C基因組上附加每一條B基因組染色體的單體異附加系(2n=19，CC+1B1-8)。最終獲得了除B2以外的其他7條染色體的單體異附加系，而B2染色體存在于一個(gè)三重附加系中。獲得的這些單體異附加系材料大部分可能由于表達(dá)了來源于黑芥性狀的基因或者發(fā)生了互作而表顯出明顯的表型差異。在減數(shù)分裂終變期或后期Ⅰ，額外附加的B基因組染色體平

7、均有86.24％不參與配對而表現(xiàn)為單價(jià)體，而在剩余13.76％的細(xì)胞里外源B基因組染色體與一對C基因組染色體配對形成三價(jià)體。對于外源染色體的配子傳遞率，在所有單體異附加系中，雌配子傳遞率（平均14.4.％）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雄配子的(2.64％)。而對于不同染色體的雌配子傳遞率，染色體B1、B4和B5(22.38-30.00％)要比其他4條(B3、B6、B7和B8)的(5.04-8.42％)高出很多。甘藍(lán)-黑芥單體異附加系的創(chuàng)建對于黑芥基因組結(jié)構(gòu)