一、甘蓝型黄籽油菜粒色的遗传分析(论文文献综述)
翟云孤[1](2021)在《甘蓝型油菜BnaTT8基因突变体的创建及功能研究》文中研究说明油菜是我国重要的油料作物。已有研究表明油菜黄籽较黑籽性状在品质方面具有多方面的优势。但是作为我国主栽的油菜类型,甘蓝型油菜还未发现天然的黄籽突变体。目前生产上的黄籽材料大多通过远缘杂交而来,这种人工合成的方法不仅费时费力,而且获得的黄籽颜色具有较大的变异,不利于黄籽性状的研究。国内外研究者对油菜的黄籽性状开展了大量的遗传和基因定位的相关研究,结果表明黄籽性状遗传十分复杂,至今也没有克隆到相关的基因,这也极大限制了我们对甘蓝型油菜黄籽性状形成的分子机制的认识。拟南芥和白菜型油菜中的研究表明,TT8是参与黄籽性状形成的重要基因。因此,本研究首次利用CRISPR/Cas9技术对甘蓝型油菜中的Bna TT8基因进行靶向突变,获得黄籽材料;在此基础上,对其参与调控种子中的含油量、蛋白质含量和脂肪酸组分等方面的功能进行了研究,同时利用转录组和代谢组对其参与调控种皮颜色的机理进行了初步解析,研究结果如下:1.根据生物信息学分析和基因克隆,初步确定Bna TT8基因在甘蓝型油菜基因组中存在3个同源拷贝。通过q PCR技术分析Bna TT8基因在甘蓝型油菜J9707不同组织中的表达模式,发现Bna C09.TT8a在这些组织中均未检测到基因的表达,而Bna A09.TT8和Bna C09.TT8b在各组织中均有表达,尤其在种子中特异性高表达;其中Bna A09.TT8拷贝的表达量显着高于Bna C09.TT8b拷贝。对Bna A09.TT8和Bna C09.TT8b在种皮不同发育时期的表达模式进行分析,发现它们的表达从开花7天后开始随着种子的发育呈现出先增加后降低的趋势,且在开花21天后达到峰值。通过进一步分析TT8的蛋白质功能域,确定了Bna TT8基因在甘蓝型油菜J9707基因组中具有2个有功能的拷贝Bna A09.TT8和Bna C09.TT8b。2.设计和构建了BnaTT8基因的CRISPR/Cas9载体。将其转化J9707,获得了420棵T0代植株,对靶点进行测序筛选到48株突变体。对这些突变单株进行两代自交和筛选,获得了9个不含T-DNA插入的纯合突变体单株。其中仅双突表现为黄籽表型,表明这两个拷贝功能冗余。3.利用香草醛和DMACA等化学染色方法对种皮发育过程中的原花色素积累进行了动态分析,发现野生型和单纯合突变体从开花后21天开始出现原花色素积累,并随着种子的发育积累变多;而双纯合突变体中始终未检测到原花色素的积累。4.显微观察发现原花色素只在野生型和单纯合突变体的种皮内皮层中积累。对成熟种子的种皮厚度进行比较分析,发现双突变体和Bna A09.TT8拷贝突变体的种皮厚度比野生型显着降低。5.对T0和T2代的突变体种子中的脂肪酸、油分和蛋白质含量测定分析,发现相对于野生型,双突变体的含油量和蛋白质含量显着增加,脂肪酸组分也发生了显着的变化。田间小区试验结果表明,突变体材料的主要产量相关性状与野生型相比没有发生显着性变化,表明该基因突变体具有较大的应用潜力。对30株T0代突变体进行了26个潜在突变位点的高通量测序检测,均未发现脱靶现象,表明该基因编辑系统具有很好的特异性。6.对纯合双突变体和野生型进行了开花后14天和35天种皮的转录组比较分析,总共筛选到1,298个差异表达基因,其中145个差异表达基因为两个时期所共有。GO功能注释和KEGG富集分析表明,双突变体中的苯丙烷和类黄酮合成代谢过程中的基因较野生型显着下调。对双突变体和野生型的成熟种子进行代谢组比较分析,结果也发现双突变体中类黄酮合成途径的大部分代谢物含量较野生型显着降低。7.对突变体和野生型不同发育时期种子中参与脂肪酸合成和积累的重要转录因子和关键酶进行基因表达检测,发现在14和28 DAF的突变体种子中,Bna FUS3和Bna FAD2的表达量均显着上调,Bna LEC1的表达量在14 DAF的突变体种子中也显着上调。这些结果表明,Bna TT8基因在调控脂肪酸的合成积累方面也具有重要的作用。综上所述,本研究成功创建了甘蓝型油菜Bna TT8基因突变体,证实它在调控籽粒颜色、蛋白质和油分含量以及脂肪酸组分等方面具有重要的功能,并通过转录组和代谢组初步阐明其参与调控种皮中的类黄酮积累、种子脂肪酸的合成等方面的调控机理。本研究为进一步研究该基因的功能及其调控的分子机理奠定了良好的材料基础,也为甘蓝型油菜的黄籽育种提供了优异的种质资源。
申树林[2](2021)在《油菜三个基本种与复合种种子的代谢特征分析及相关候选基因鉴定》文中进行了进一步梳理油菜是我国重要的油料作物之一,也是我国食用植物油的第一大来源,占食用植物油总量的50%以上,但自给率严重不足。与黑籽油菜相比,黄籽油菜具有油脂和蛋白质含量高,饼粕饲用价值高和油质清澈等优点。油菜的主要栽培种甘蓝型油菜在自然界中不存在黄籽资源,且人工合成的甘蓝型油菜存在粒色不稳定,易受环境影响,然而同为芸薹属的白菜型油菜、芥菜型油菜与埃塞俄比亚芥中却存在丰富并能稳定遗传的黄籽种质,为黄籽油菜品种的选育提供了种质来源。在芸薹属中,粒色与黄酮类次生代谢产物密切相关,由于代谢物积累的差异,同为黄籽的白菜型油菜和芥菜型油菜粒色也存在显着差异,前者一般为鲜黄色,后者一般为橙黄色。由于其成分的复杂性,不同植物种子中次生代谢产物还受基因型及环境条件的影响,对其进行定性与定量分析尤为困难。利用广泛靶向代谢组分析技术可准确对黄酮类物质进行定性定量分析,已在拟南芥、甘蓝型油菜等十字花科作物中成功应用。因此,本研究拟通过对芸薹属油菜种子代谢物进行UPLC-HESIMS/MS分析,完成芸薹属不同油菜种子次生代谢物的鉴定,并建立芸薹属油菜种子次生代谢物数据库;其次通过对次生代谢物的定性定量分析,初步确定影响芸薹属油菜种子粒色差异的主要代谢产物;第三,通过代谢组、转录组和基因组的联合比较分析,一方面对芸薹属油菜中粒色差异代谢物的相关候选基因进行鉴定,另一方面初步明确油菜及其亲本种粒色差异分子代谢机理,有助于揭示芸薹属油菜间粒色调控机理的异同以及已知黄酮类代谢通路多倍化进程中的升级进化情况,为选育稳定的甘蓝型黄籽油菜提供清晰的分子育种策略。具体研究结果如下:1.芸薹属油菜种子代谢特征本研究通过对芸薹属油菜3个基本种(白菜、甘蓝和黑芥)和3个复合种(甘蓝型油菜、芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥)不同发育期的种子进行UPLC-HESIMS/MS代谢图谱分析,发现在物种间代谢谱具有相似性,最高基峰均在保留时间12分钟内;但也有一定特异性,在白菜型油菜、甘蓝、黑芥、甘蓝型油菜、芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥中分别检测出8745、9387、4851、12428、9847和9788个离子基峰,其中黑芥最少,甘蓝型油菜最多,说明在芸薹属油菜种子中次生代谢产物变异丰富。基于保留时间、二级质谱等信息分别在白菜型油菜、甘蓝、黑芥、甘蓝型油菜、芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥中检测出的注释离子基峰数量为1409、1716、1155、1696、1490和1699个。2.芸薹属油菜种子代谢物数据库建立基于保留时间、MS、MS/MS、标准品和公共数据库信息对6个物种过滤后获得的3107个注释离子基峰进行鉴定,构建了一个包含565种次生代谢物的芸薹属油菜种子次生代谢物数据库,包括37种酚酸类、80种类黄酮类、26种硫苷类、83种脂类、208种其它极性化合物离子峰和131种未知代谢物,检测比例为18.18%(565/3107)。本研究结果为后续进行芸薹属油菜代谢组学分析奠定了物质基础。3.甘蓝型油菜代谢物候选基因的筛选本研究通过对不同环境中黄黑籽甘蓝型油菜种子代谢组的比较分析,明确了[DP2]-1(198)、[DP2]-2(197)、[DP3]-1(235)、[DP3]-2(233)、[DP4](249)和表儿茶素(106)是引起甘蓝型油菜黄黑籽差异的重要次生代谢物。结合代谢组和转录组分析结果,通过O2PLS、转录组差异基因分析和WGCNA等方法对差异代谢物与转录组进行联合分析,共鉴定出6个重要的候选基因,其中GH06081018.1和GH06076958.1为R2R3-MYB类转录因子,分别与拟南芥的MYB3和MYB63为同源基因;而ZY821096474.1、GH06031130.1、GH06077074.1和GH06084369.1在拟南芥中的同源基因未见相关功能研究。本研究结果为解析油菜相关代谢物合成的分子机制以及粒色差异的形成提供了重要线索。4.转录组与代谢组联合比较分析芥菜型油菜粒色差异机理本研究在负离子模式下对芥菜型油菜不同发育期种子进行了UPLC-HESIMS/MS分析,通过与本研究建立的芸薹属油菜种子代谢库进行比对分析,发现在芥菜型油菜种子中包含31种酚酸类、47种类黄酮类、17种硫苷类、38种脂质类、69种其它类化合物和34种未知化合物。不同黄黑籽间代谢物的综合比较分析结果表明,黄黑籽间共存在35种差异代谢物,主要为表儿茶素及其衍生物。转录组和代谢组分析发现类黄酮后期表达基因(Bju DFR、Bju ANS和Bju BAN)及调控因子(Bju TT8和Bju TT19)在黄籽中下调表达阻断了表儿茶素及低聚原花青素代谢物积累,可能是芥菜型油菜粒色变化的重要因素。5.芸薹属油菜TT8基因的比较分析在芸薹属油菜中,TT8是调控粒色变化的一个重要转录因子。本研究对芸薹属油菜6个物种间TT8基因进行了同源克隆,结果共获得17个不同拷贝成员序列,通过多重比对分析发现TT8在芸薹属油菜A亚基因组的序列存在较大的变异,其中芥菜型黄籽中存在一个大片段的插入,而在B和C亚基因组间相对比较保守,侧面说明A亚基因组TT8基因拷贝序列的变异是影响芥菜型油菜种皮颜色变化的一个关键因素。
唐芳[3](2021)在《利用转录组与代谢组联合分析甘蓝粒色变化的差异机理》文中认为相同遗传背景下,黄籽油菜的含油量和蛋白含量高于黑籽,因此选育高产优质的黄籽是当前油菜研究的重要目标之一,然而黄籽油菜性状不稳定,遗传模式复杂,且自然界中缺乏天然的种质资源,极大地阻碍了黄籽油菜的育种进程。前期我们课题组从观赏植物羽衣甘蓝中发现了黄籽突变单株,经系统改良已育成C亚基因组上携带黄籽基因的宝贵甘蓝资源材料,为选育稳定的黄籽油菜奠定了材料基础,同时也填补了自然界无黄籽甘蓝资源的空白,但具体分子机理有待进一步研究。本研究以特有的黄籽甘蓝品系(Y20L903和Y20L921)与传统黑籽甘蓝品系(B20L926和B20L971)为材料,围绕甘蓝粒色形成的差异机理进行了初步研究。首先利用广泛靶向代谢组对黄、黑籽甘蓝不同发育期种子的代谢物进行了UPLC-HESI-MS/MS检测,通过定性定量分析,初步确定黄、黑籽甘蓝中的差异代谢物;其次,通过基因组三代测序技术并结合HiC辅助技术完成了对甘蓝B970高质量基因组的组装;第三,结合转录组测序和qRT-PCR分析进一步对黄、黑籽甘蓝中的差异表达基因进行了筛选鉴定,并对其进行GO功能注释和KEGG富集分析,初步明确甘蓝粒色变化的相关代谢通路和关键候选基因;最终借助于代谢组、转录组和基因组综合分析的结果,初步完成了对甘蓝中类黄酮代谢分子调控网络的分析,为进一步阐明甘蓝粒色差异形成的分子机理奠定了基础。其主要研究结果如下:1.黄、黑籽甘蓝种子差异代谢物鉴定分析本研究分别以黄、黑籽甘蓝(Y20L921、B20L926和B20L971)不同发育期的种子为材料,利用UPLC-HESI-MS/MS技术共检测出1162个有效质谱峰,根据保留时间、质荷比、二级质谱和已有的数据库信息对其进行注释,结果共鉴定出287种代谢物成分,包括33个酚酸类、72个类黄酮类、34个硫苷类、71个脂质类以及77个氨基酸类及其衍生物。基于标准品对其中147种代谢物(酚酸类33个、类黄酮类72个、硫苷类34个和氨基酸类8个)进行定量分析,初步确定了12种可能与粒色相关的差异代谢物,包括柚皮苷、五羟基黄烷、二氢山奈酚、圣草酚、无色矢车菊素、表儿茶素、儿茶素以及原花青素低聚物等及其衍生物,且它们在黑籽中的积累水平明显高于黄籽甘蓝。因此,推测表儿茶素和原花青素的低积累可能是甘蓝形成黄籽种皮一个重要因子。2.高质量甘蓝基因组组装利用基因组三代PacBio、二代Illumina及HiC辅助基因组组装相结合的策略对甘蓝B970基因组进行组装,组装基因组大小为524.95 Mb,包含9条染色体,scaffold N50长度为62.44 Mb,BUSCO值为98.2%,基因组组装质量高。基因组注释结果表明,基因组重复序列占比65.14%。共注释了48,291个基因,完整结构基因占比89.17%,功能注释基因占比85.46%,注释基因集BUSCO评估为99.2%,基因组注释结果良好。高质量甘蓝基因组的组装为黄、黑籽甘蓝的转录组测序提供了参考基因组,使得转录组测序更为准确可靠。3.黄、黑籽甘蓝种子的转录组学分析本研究分别以黄、黑籽甘蓝(Y20L903、Y20L921、B20L926和B20L971)授粉后20天、40天和50天的种子为材料进行转录组测序,分析时根据黄、黑籽甘蓝材料生长发育快慢和表型一致性,将其分为两组(Y20L903和B20L971;Y20L921和B20L926)。在授粉后40天和50天种子中,两组材料差异表达基因的top GO分析均显着富集在类黄酮合成相关条目,包括类黄酮和柚皮素-查尔酮生物合成等过程。KEGG富集结果表明,在材料Y20L921和B20L926授粉后40天和50天种子中的差异表达基因被显着富集到异黄酮、类黄酮生物合成等相关代谢通路。同时,以甘蓝B970为参考基因组(未发表)对类黄酮基因进行基因组水平鉴定,结果共注释了48个参与类黄酮合成途径的基因,其中12个基因在黄、黑籽甘蓝Y20L921和B20L926材料中表现为差异表达,授粉后20天BolPALb/c、BolC4Hb/c/e、Bol4CLa、BolTT4b/c、BolTT5b和BolTT6d在黑籽甘蓝中高表达,而BolTT3、BolTT18a和BolTT10在黑籽甘蓝中的表达水平均高于黄籽,说明类黄酮途径结构基因的低表达可能与甘蓝黄、黑籽形成相关联。进一步鉴定了47个木质素相关基因,结果表明木质素途径基因CCR、CAD、LAC和PER的转录水平很低,在黄、黑籽甘蓝之间并没有显着表达差异,推测甘蓝黄籽形成受木质素代谢途径影响较小。4.黄、黑籽甘蓝类黄酮代谢网络差异分析根据代谢组和转录组分析结果,综合分析了两组黄、黑籽甘蓝材料中类黄酮代谢网络的差异。在Y20L921与B20L926材料间,无色矢车菊素、表儿茶素及其衍生物和原花青素低聚物在黑籽甘蓝B20L926中的积累量明显高于黄籽甘蓝Y20L921;同样,差异代谢物相关的基因BolTT3、BolTT18a和BolTT10在黑籽中高表达,而BolTT3在黄籽中几乎不表达;然而在Y20L903与B20L971材料间,上述差异代谢物在Y20L903中也有较高水平的积累,可能与Y20L903材料粒色存在分离相关,结合转录组和qRT-PCR分析发现仅BolTT3在黄、黑籽中存在稳定的差异。综上结果表明,黄籽Y20L903和Y20L921间还存在较大的差异,一方面,可能由于混合材料取样导致Y20L903中有黑籽混入,另一方面根据本研究结果推测:Y20L921的种皮色素合成受阻点在无色矢车菊素的上游,且阻断效果好,下游代谢产物少,粒色稳定;Y20L903的种皮色素合成受阻点主要表现在色素合成的末端,即原花青素低聚物的前后,由于该材料成熟种皮中已有较多的原花青素低聚物,在一定条件下得到氧化而呈现出一定的颜色;同时也说明不同材料间粒色差异形成机理可能不同。
李鹏飞[4](2019)在《甘蓝型油菜菘油CMS恢复系及白菜-黑芥附加系的创建及遗传研究》文中研究指明单体异源染色体附加系(MAALs)是作物育种中物种间转移有利基因和性状的重要桥梁材料,也是解析供体种基因组、探究物种亲缘关系的重要工具。前人通过甘蓝型油菜(Brassica napus L.,2n=38,AACC)与药用植物菘蓝(Isatis indigotica Fort.,2n=14,II)的体细胞杂种与甘蓝型油菜的连续回交,一方面培育出雄蕊心皮化的甘蓝型油菜“菘油”细胞质雄性不育系(inap CMS),另一方面创建了附加单条菘蓝染色体的一整套甘蓝型油菜-菘蓝单体异附加系(MAALs Ma-Mg),并发现MAAL Me的菘蓝染色体携带有“菘油”CMS的恢复基因。本研究从形态、细胞学、分子标记等方面对MAAL Me的自交后代进行分析,以选育菘蓝染色体上的恢复基因渗入甘蓝型油菜而产生的“菘油”CMS的恢复系;另外,通过白菜(Brassica rapa L.,2n=20,AA)与黑芥(B.nigra(L.)Koch,2n=16,BB)的三倍体杂种(AAB)与白菜连续回交,创建整套的白菜-黑芥单体异附加系。主要结果如下:1. 甘蓝型油菜inap CMS恢复系的培育将甘蓝型油菜-菘蓝单体附加系(MAAL Me)的自交后代进行小孢子培养,共获得625个再生植株,其中加倍成功192株。加倍成功的植株中140株表现出雄蕊心皮化,其他52株表现出不同程度的雄蕊发育,大部分为较正常的四强雄蕊和两个很小的短雄蕊,只有很少植株表现出发育良好的6个雄蕊。52个可育单株分别与inap CMS进行测交,获得的F1与相应的可育DH株系、保持系甘蓝型油菜华双3号和inap CMS在武汉、西宁、长沙和成都四地进行多年多点育性考察,最终选育出一个恢复力强的恢复系,命名为恢39。基因组原位杂交(GISH)分析、菘蓝着丝粒引物及染色体e特异SSR分子标记检测,均表明恢39中不存在整条菘蓝染色体e;而AFLP标记分析结果显示有来自菘蓝染色体e的片段渗入。表型上,恢39表现菘蓝染色体e决定的褐色花药性状,恢39与inap CMS的杂种及F2群体中的可育单株也表现该特性。恢39的硫苷组分与保持系华双3号基本一致,但硫苷总含量远高于华双3号,主要是2-羟基-3-丁烯基硫苷和3-丁烯基硫苷含量升高,为菘蓝三类组分中的两个,故推测控制这两类硫苷合成的基因可能来自菘蓝。在含有820个单株的F2分离群体中,可育株与不育株的比例为3:1(χ2=0.08,p<0.01),说明恢复基因为单显性基因。恢39的选育实现了甘蓝型油菜inap CMS的三系配套,可用于油菜杂交种生产。2. 白菜-黑芥单体附加系的建立以实验室他人合成的白菜与黑芥三倍体杂种(2n=28,AAB)为母本,与亲本白菜多代回交,利用FISH技术及SSR分子标记,在BC2-BC5后代中筛选全套的白菜-黑芥单体附加系(2n=21,AA+1B1-8)。在B1-B5单体附加系减数分裂终变期的花粉母细胞中,B基因组染色体多以单价体(10ⅡAA+1ⅠB)的形式存在,单价体频率为82.93%-89.74%,平均85.92%;少数B基因组染色体以三价体(9ⅡAA+1ⅠⅡAAB)的形式存在,频率为10.26%-17.07%,平均14.08%。黑芥B1-B5染色体通过雌配子的传递率均较低(2.70%-20.83%),平均为13.30%;雄配子传递率变幅为1.22%-11.76%,平均为7.12%。除了B2的雌配子传递率小于雄配子传递率外,其他4 条染色体雌配子传递率均高于雄配子传递率。不同染色体的配子传递率也存在差异,其中B1和B5的雌配子传递率最高(20.83%,20.35%),B2最低(2.70%);B1的雄配子传递率最高(11.76%),B4最低(1.22%)。FISH分析还发现B2染色体上没有45S r DNA位点,而B4染色体上存在45S r DNA位点。同时也对B3染色体上的45S r DNA位点和B5染色体上的5S r DNA位点进行了验证。形态上,附加系表现出一些明显来自黑芥的表型或者由A、B基因组互作产生的新表型,如B3单体附加系的紫色表型;B1、B3和B5单体附加系的黄色种皮等。白菜-黑芥单体附加系可用于完善黑芥基因组信息、研究物种亲缘关系及优良性状在育种中的应用。
敦蕊[5](2019)在《转录组测序辅助预测甘蓝型油菜黄籽基因》文中提出油菜的抗逆性强,适应范围广,是我国区域分布最广的油料作物。与黑籽相比,黄籽油菜具有含油量高、蛋白质含量高、纤维素和多酚含量低、油质清亮等优点。油菜的种皮颜色受多基因控制,黑籽一般为显性,多个位点都为隐性纯合时才表现为黄籽,所以选育高产优质的黄籽甘蓝型油菜品种非常困难。人工合成的甘蓝型油菜品系No.2127-17的籽粒纯黄,其黄籽性状受一对不完全显性基因控制,这种遗传模式明显不同于油菜中的其它黄籽材料。前期的研究中,我们完成了显性黄籽基因的精细定位。本研究中,我们对黄籽材料NO.2127-17和黑籽材料ZY821以及黄籽近等基因系ZY821(Y)进行了转录组测序,旨在阐明该基因控制的代谢途径及其调控规律,并结合定位结果、qRT-PCR结果以及BAC序列鉴定黄籽候选基因,为最终克隆到该黄籽基因提供依据。本研究主要结果如下:1.对黄籽材料NO.2127-17和黑籽材料ZY821以及黄籽近等基因系ZY821(Y)开花后12天(12DAP)、19天(19DAP)、26天(26DAP)和33天(33DAP)的种皮进行转录组测序。分析发现,各个时间点的差异表达基因都极特异的聚类在类黄酮合成相关通路中。在类黄酮合成相关通路中,公共苯丙烷途径关键酶基因在黄籽材料中的表达水平显着下降,类黄酮合成通路中早期合成基因和后期合成基因的表达水平也显着下降,但调控基因的转录水平差异较小。2.选取12个差异表达的类黄酮合成相关基因,利用qRT-PCR检测其在黄籽材料NO.2127-17和黑籽材料ZY821以及黄籽近等基因系ZY821(Y)不同发育时期(12DAP、19DAP、26DAP和33DAP)种皮中的相对表达量,绝大多数基因的qRT-PCR结果与转录组结果一致。3.通过分析类黄酮合成相关基因不同拷贝间表达情况,推测同一个基因的不同拷贝可能随着基因组的进化而发生功能分化。通过对类黄酮合成相关基因所有拷贝的聚类分析,推测了可能参与种皮颜色形成的相关基因的拷贝。4.利用盐酸甲醇染色法结合肉眼观察鉴定F2群体种皮颜色,经χ2检验黄籽单株和黑籽单株的比例符合3∶1的理论值,该结果表明黄籽表型受显性基因控制。5.结合转录组测序数据和实验室前期定位结果,发现候选区段内有两个基因在黄籽和黑籽种皮中存在表达差异。进一步通过基因组序列比对、测序验证、基因结构分析和qRT-PCR验证基因表达量,确定这两个基因为候选基因,命名“ysc1”和“ysc2”。
管明威[6](2019)在《甘蓝型油菜黄籽粒色修饰QTL(BnSCA05)定位及候选基因筛选鉴定》文中研究表明甘蓝型油菜是世界上最重要的油料作物之一,高含油量、高蛋白含量也一直是油菜育种家们共同关注的育种目标。在相同遗传背景下,黄籽油菜比黑籽油菜具有种皮薄,蛋白质和含油量高等优点,因此,黄籽甘蓝型油菜品种的选育是研究的一个热点问题。由于甘蓝型黄籽性状属于典型的数量性状,易受光照、温度、成熟度和收获时间等诸多因素的影响,具体的遗传机理尚不明确。因此,本研究利用复合区间作图法对高世代重组自交系多年多点环境中的粒色进行了QTL分析,结果在A05染色体上定位到一个与粒色性状相关联的修饰QTL位点,再结合重测序、RNA-Seq和qRT-PCR等技术方法对该修饰QTL区间内的候选基因进行了鉴定分析,共筛选到4个可能与粒色相关的候选基因;最终分别构建了这些候选基因的过表达载体和RNAi表达载体,通过遗传转化拟南芥和甘蓝型油菜对候选基因的基本的生物学功能进行验证。具体研究结果如下:1甘蓝型油菜粒色修饰QTL定位分析以GH06作为黄籽母本,中油821作为黑籽父本,杂交后代通过“单粒传法”连续自交多代构建的高世代重组自交系群体为材料,通过复合区间作图法(CIM)对多年多点环境中的粒色进行QTL分析,发现在A05染色体上检测到一个稳定的粒色性状相关的修饰QTL位点,单个QTL可解释1.38%-5.53%的表型变异;通过将紧密连锁的SNP标记mapping到甘蓝型油菜“Darmor-bzh”参考基因组上,发现该修饰QTL(BnSCA05)对应于A05染色体上13Mb-16Mb区间内(<3Mb)。2粒色相关候选基因的筛选与鉴定根据已测序完成的甘蓝型油菜“Darmor-bzh”基因组的注释信息,发现该区间内共包含277个注释基因。根据候选基因在24份重测序甘蓝型油菜中的变异情况,共筛选出40个在不同黄黑籽甘蓝型油菜中存在一致性变异位点的差异候选基因。随后,利用三对黄、黑籽甘蓝型油菜近等基因系材料对40个候选基因中的变异位点进行了同源克隆验证,基因同源比对的结果显示有4个基因在多对黄黑籽材料间存在规律性的碱基突变。BnSCA05-14基因在一个黑籽材料(B1)中有片段缺失,在另外两个黑籽材料(B2,B3)中存在碱基突变,但是氨基酸序列未发生突变;BnSCA05-17基因在2个黑籽材料(B1,B2)中第15个碱基序列发生了缺失突变。BnSCA05-18基因在黄籽材料(Y1,Y2,Y3)中序列一致,在黑籽材料(B2)中多处发生突变。BnSCA05-03基因在两对材料中(Y1,Y2,B1,B2)的多处位点发生突变。因此,我们将这4个基因列为候选基因,并进行了相关功能初步分析。3候选基因的功能分析本研究成功构建了候选基因(BnSCA05-03,BnSCA05-14,BnSCA05-17,BnSCA05-18)的超量表达载体,通过花序浸染法遗传转化拟南芥,并成功获得候选基因超量表达的T2代拟南芥植株系。通过对转基因拟南芥植株表型分析发现,与野生型拟南芥相比,OVBnSCA05-14,OVBnSCA05-17和OVBnSCA05-03株系的茎表皮颜色变紫,而OVBnSCA05-18株系的茎表皮与野生型一致。说明BnSCA05-14,BnSCA05-17和BnSCA05-03可能影响参与了类黄酮代谢途径;利用超景深显微镜对T2代拟南芥种子表型分析发现,与野生型相比,转基因株系OVBnSCA05-14,OVBnSCA05-17和OVBnSCA05-18的种子表皮颜色变深,OVBnSCA05-03株系种子表型变化不显着,说明超量表达BnSCA05-14,BnSCA05-17,BnSCA05-18基因可能通过参与影响种皮中类黄酮代谢途径而导致种皮颜色的变化,其具体的机理仍需要进一步分研究。4候选基因的启动子分析利用Gateway的方法分别构建了候选基因启动子的缺失表达载体,对候选基因的表达特异性及表达强度进行分析。结果表明,瞬时转化烟草后经GUS组织化学染色发现,仅基因BnSCA05-03全长启动子在瞬时转化烟草的叶片呈现环形的蓝色带。当启动子片段缩短时(-353bp),该现象缺失,说明BnSCA05-03基因启动子(-543bp--353bp)可能存在核心元件影响基因在组织中的特异性表达。目前,候选基因启动子核心元件的鉴定工作仍在进行中。5候选基因遗传转化甘蓝型油菜为了验证候选基因(BnSCA05-14,BnSCA05-17,BnSCA05-18和BnSCA05-03)在甘蓝型油菜中具体的生物学功能,通过下胚轴浸染的方法将已构建的候选基因超量表达载体及RNAi表达载体分别遗传转化转化黄、黑籽性状表现稳定的甘蓝型油菜(GH30和中双11)。甘蓝型油菜转基因植株正处于幼苗分化阶段,其转基因植株的鉴定和候选基因的功能分析工作将在后续的研究工作中完成。
赵会彦[7](2019)在《白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色调控机制差异比较分析》文中提出油菜是世界上重要的油料作物之一,黄籽油菜与普通黑籽油菜相比,具有油质清澈、油脂和蛋白质含量高、皮壳率低、饼粕饲用价值高等优点,因此受到育种家的重视。目前,世界上广泛种植的芸薹属油料作物栽培种中,白菜型油菜、芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥中均存在天然的黄籽资源,但种植面积最大的甘蓝型油菜中却缺乏天然的黄籽资源,且甘蓝型油菜粒色成因复杂,调控甘蓝型油菜粒色主效基因仍不明确,限制了黄籽这一优良性状在油菜产业中的应用。白菜型油菜作为甘蓝型油菜的二倍体亲本之一,与其在遗传进化上密切相关。相对于甘蓝型油菜,其粒色遗传规律较简单,且种植广泛,遗传资源丰富。因此,本研究拟通过对拟南芥、白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中各类黄酮途径基因的家族成员的比较鉴定分析,粒色关键基因在不同遗传背景的黄、黑(褐)籽白菜型油菜和甘蓝型油菜材料中的表达特征分析,白菜型油菜和甘蓝型油菜不同发育时期的种子中转录组及代谢组的差异比较分析等方面,明确白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色调控的差异机制,为甘蓝型黄籽油菜育种奠定基础。具体研究结果如下:1.十字花科物种类黄酮途径基因成员的全基因组鉴定本研究对拟南芥、芸薹属作物及十字花科其它已测序物种中TT同源基因进行分析,结果在17种十字花科植物中,针对21个类黄酮途径基因共检测到649个基因拷贝,且这些基因拷贝在所有物种中均能被检测到,但不同物种间的类黄酮途径基因之间存在差异,包括染色体间的重组和部分基因家族成员拷贝数的增加或缺失等现象。对每个类黄酮途径基因在17个物种中的同源基因进行系统进化分析发现,17个十字花科植物中的类黄酮途径基因也可大致分为分别与芸薹属(Brassica)和拟南芥属(Arabidopsis)进化关系较近的两类,表明芸薹属作物与拟南芥相比,其类黄酮途径存在一定的差异。通过白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中类黄酮途径基因的同源比对发现,甘蓝型油菜中A和C亚基因组的基因分别与白菜和甘蓝中的同源基因更相似,而白菜和甘蓝两者之间的差异则较大;与两个二倍体亲本相比,一些重要的转录因子或结构基因在甘蓝型油菜染色体中的位置发生了变化。2.不同来源白菜型油菜和甘蓝型油菜中粒色相关基因的表达模式对比分析大量研究已证实类黄酮途径基因在种子粒色形成过程中的重要作用,此外,在本课题组前期对甘蓝型油菜粒色主效基因的定位中,筛选得到若干重要候选基因,为探究白菜型油菜和甘蓝型油菜中类黄酮途径基因调控模式的差异,本研究利用不同来源的白菜型油菜和甘蓝型油菜黄、黑籽材料对各类黄酮途径基因和甘蓝型油菜粒色候选基因在不同粒色、不同发育时期种子中的表达进行系统分析。首先对甘蓝型油菜和白菜型油菜中类黄酮途径基因的整体差异分析发现,白菜型油菜黄籽材料中部分类黄酮途径结构基因和调控基因的表达水平极显着低于对应的黑籽材料,但在甘蓝型油菜黄籽材料中,尽管其表达量显着低于黑籽材料,但仍有一定量的表达。白菜中筛选得到的若干粒色主效基因在甘蓝型油菜黄、黑籽材料间均表现为显着差异,而甘蓝型油菜中的大部分粒色主效候选基因在白菜型油菜黄、黑籽材料中表达差异不显着,表明甘蓝型油菜粒色主效基因与白菜型油菜粒色主效基因有一定的差异,且在甘蓝型油菜中,其粒色主效基因对白菜型油菜粒色主效基因的同源基因应具有调控作用。对粒色相关基因的不同成员的表达分析显示,来自于An和Cn亚基因组的同源基因均有一定量的表达,且表达模式也有相似之处,推测C基因组类黄酮途径基因的导入,对A基因组类黄酮途径基因的表达会产生影响。3.不同来源白菜型油菜和甘蓝型油菜种子中代谢组分差异对比分析本研究利用不同来源的白菜型油菜和甘蓝型油菜黄、黑籽品种,通过对不同发育时期的种子进行LC/MS及色素含量测定分析,确定其中主要类黄酮代谢产物的种类和含量的差异,分析白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色形成物质之间的差异。在甘蓝型油菜各品种间,检测到更多的单独存在于一个或两个品种中的物质,表明甘蓝型油菜各品种间类黄酮途径的差异大于白菜型油菜各品种之间的差异,由此推测类黄酮途径在甘蓝型油菜品种间的分化更大,而白菜型油菜中的类黄酮代谢途径在品种间更稳定。借鉴前人研究结果,共鉴定得到类黄酮类或含芥子酰基类物质35种,包括9种表儿茶素单体(Epicatechin)或多聚体,8种槲皮素(Quercetin)及其衍生物,3种异鼠李素(Isorhamnetin)及其衍生物,6种山奈酚(Kaempferol)及其衍生物,9种芥酸及含芥子酰基的代谢物。对这些类黄酮类物质和部分未知物进行定量分析并归类,表儿茶素及由表儿茶素缩合形成的不同聚合态的原花青素多聚体,是白菜型油菜和甘蓝型油菜黄、黑籽油菜间差异最显着的一类化合物,而其它类黄酮途径中间产物在白菜型油菜和甘蓝型油菜中的变化动态各异,可能是由于鉴定出的类黄酮类物质种类较少,也可能由于各品种间遗传背景各异、粒色调控基因不同导致的。4.不同发育时期白菜型和甘蓝型油菜种子转录组和粒色主效基因差异对比分析为了探究白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色主效基因对类黄酮途径调控方式的差异,本研究利用一个白菜型油菜分离群体,对白菜型油菜粒色主效基因进行进一步的精细定位,对白菜型油菜和甘蓝型油菜中的粒色主效基因进行了进一步的归纳整理,通过转录组测序,比较了白菜型油菜和甘蓝型油菜黄、黑籽材料间种子中基因整体转录水平的差异,对二者粒色主效基因对类黄酮途径的调控机制进行初步预测。通过对白菜型油菜粒色基因的精细定位,结合转录组测序的结果,筛选到11个与黄籽沙逊粒色形成相关的候选基因。通过对白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色主效基因的归纳分析发现,甘蓝型油菜中的粒色主效基因多位于A9染色体末端,而白菜中的粒色主效基因位点多定位于A9染色体中段。对甘蓝型油菜和白菜型油菜转录组测序的结果进行比较分析发现,在甘蓝型油菜和白菜型油菜中,最显着富集的下调代谢途径与本研究一致,为苯丙烷途径和类黄酮代谢途径,但显着富集的上调代谢通路在两个物种中不同,表明甘蓝型油菜和白菜型油菜中粒色主效基因的功能差异。通过比较粒色主效基因较明确的甘蓝型油菜和白菜型油菜中粒色基因的表达,发现在甘蓝型油菜中起主效调控作用的基因,其在白菜型油菜中的直系同源基因对白菜型油菜粒色的形成,无明显调控作用,表明这些粒色主效基因是在甘蓝型油菜物种形成之后新产生的粒色调控基因,其可能通过直接调控一些已发现的重要粒色调控基因(如TT1,TT8,TTG1等)或通过与其相互作用,来控制类黄酮代谢途径,进一步证实类黄酮途径在芸苔属作物中不断发生进化。综上,TT基因的表达模式分析、代谢组及转录组分析的结果均进一步证明类黄酮代谢途径与油菜粒色形成的重要关系,原花色素是影响白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色差异的重要色素物质。与白菜型油菜黄籽材料相比,甘蓝型油菜粒色主效基因沉默后,其类黄酮途径仍未被完全抑制,可能与甘蓝型油菜粒色性状主基因+微效多基因的遗传模式相关;另外,Cn亚基因组的导入后,不但使An亚基因组中TT基因的物理位置发生变化,新导入的TT基因也参与了类黄酮代谢途径的调控,这些都可能是甘蓝型油菜粒色调控机制比白菜型油菜复杂的原因。甘蓝型油菜中新发现的粒色主效基因,它们的同源基因在白菜型油菜中并不参与类黄酮途径的调控,而在甘蓝型油菜中,其可能通过直接或间接调控已知的重要TT基因的表达,来控制甘蓝型油菜种皮色素的合成
洪美艳[8](2017)在《甘蓝型油菜种皮颜色基因的精细定位与种皮转录组分析》文中指出甘蓝型油菜是世界上重要的油料作物之一,是我国最主要的食用植物油来源。在相同遗传背景下,与黑籽油菜相比,黄籽油菜的种子具有多方面的优势:种皮薄、含油量和蛋白质含量高、纤维素和多酚物质含量低、色素少、油质清澈透明等,因此选育高产优质的甘蓝型黄籽油菜是油菜育种中改良甘蓝型油菜品质的一条重要途径,油菜的黄籽性状也成为了油菜品质育种的研究热点。本研究以来源于甘蓝型黑籽油菜94570和人工合成甘蓝型黄籽油菜No.2127-17的褐籽和黄籽近等基因系为材料,对其种皮颜色基因D进行精细定位,并对褐籽和黄籽不同发育时期种皮的类黄酮含量和转录组进行比较分析,为进一步克隆油菜种皮颜色基因和阐述油菜黄籽形成的分子机制奠定了基础。本研究主要结果如下:1.甘蓝型油菜种皮颜色基因D的定位通过AFLP技术和白菜、甘蓝型油菜参考基因组序列信息开发标记,获得了一系列IP、SSR和SNP标记,将种皮颜色基因D定位在甘蓝型油菜A9连锁群上SSR标记H2SSR120和H2SSR237之间1.53c M的区间内,对应甘蓝型油菜‘Darmor-bzh’参考基因组A9染色体上约140kb的范围。通过全基因组重测序结合混合分组分析(BSA)的方法,获得1个种皮颜色基因D的候选区段,位于甘蓝型油菜A9染色体上27.65Mb-32.73Mb,与遗传连锁分析分析结果一致。通过开发Indel标记,获得19个多态性标记,覆盖约830kb大小的区段,进一步加密遗传连锁图,将目标基因定位在In Del标记Bn A9ID60-3和Bn A9ID161-1之间,2个标记在甘蓝型油菜A9染色体的距离约为105kb。2.甘蓝型黄籽和褐籽油菜种皮中原花青素含量存在显着差异对亲本和近等基因系发育过程中的种子及其胚、种皮进行原花青素及其前体物质黄烷醇的化学染色,结果表明甘蓝型油菜种子的原花青素主要在内种皮中积累,而且从开花后21天开始直至种子成熟时期,黄籽油菜的种皮中原花青素及其前体物质的含量都显着低于黑/褐籽。LC-ESI-MS/MS分析结果表明原花色素合成途径中一些关键的可溶性代谢物在黄籽种皮中的相对含量从开花后21天之后低于黑/褐籽。不溶性原花青素含量的比较分析也表明黄籽种皮不溶性原花青素含量远远低于黑/褐籽种皮。3.甘蓝型黄籽和褐籽油菜不同发育时期种皮的转录组比较分析通过对褐籽、黄籽近等基因系中5个不同发育时期种皮的转录组进行比较分析,发现了褐籽和黄籽之间在种皮的5个发育时期总共有4,974个差异表达基因,其中3,128个在黄籽种皮中上调表达,1,835个在黄籽种皮中下调表达。GO功能富集分析发现上调基因主要富集在各种与刺激响应相关的生物过程中,而下调基因主要富集在次生代谢过程,尤其是是苯丙烷和类黄酮代谢过程。KEGG富集分析结果表明181个上调表达基因显着富集在7个通路上,主要包括植物-病原菌互作、植物激素信号转导和内质网上的蛋白加工、脂肪酸延长等通路,这些通路主要与植物刺激响应相关。而下调基因显着富集在次生代谢物合成、苯丙烷合成、类黄酮合成、苯丙氨酸代谢等通路上。4.甘蓝型油菜种皮中类黄酮合成相关基因的表达差异是黄籽和褐籽种皮颜色差异的根本原因参与类黄酮合成途径的12个关键结构基因(PAL、C4H、4CL3、CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR、TT12、AHA10、TT19)和3个转录因子基因(TT1、TT8、TT16)在黄籽种皮中均下调表达,使黄籽种皮中原花青素合成受阻,是黄籽和褐籽种皮颜色的差异形成的主要原因。这些与原花青素合成相关的基因在甘蓝型油菜种皮发育过程中表现了相似的表达模式,表明这些基因可能共同受一个上游的调控因子调控。通过差异表达的转录因子基因的表达模式分析,鉴定出3个新的可能参与类黄酮合成的调控网络的转录因子基因,包括2个MYB-related基因(Bna A09g44970D、Bna A09g44370D)和1个b HLH基因(Bna A09g42390D)。5.种皮颜色基因D定位区间的候选基因的筛选通过共线性分析将种皮颜色基因D的定位区间锁定在甘蓝型油菜A9染色体105kb的区段和chr A09random 339kb的区段上或者白菜基因组A9染色体的545kb的区段内。通过与拟南芥基因组进行BLASTP比对,进行基因注释,发现该区段内存在130个基因。结合黄籽、褐籽种皮转录组比较分析结果,在基因D的定位区段筛选出36个注释基因作为候选基因,其中包含一些可能参与类黄酮合成的转录因子基因和编码与转运相关的蛋白的基因。
王艳花[9](2017)在《大黄油菜粒色性状候选基因的定位克隆及功能分析》文中认为白菜型油菜(Brassica rapa L,2n=20,AA)为十字花科芸薹属作物,属于栽培油菜基本种。我国是白菜和白菜型油菜的起源中心,与甘蓝型油菜相比,其起源和栽培历史悠久,遗传资源丰富,具有天然而稳定的黄籽资源。目前,已有大量研究表明,与普通黑褐籽油菜相比,黄籽油菜具有油质清澈、脂肪和蛋白质含量高、皮壳率低、饼粕饲用价值高、且单宁等有毒物质含量低的优点。因此,黄籽作为优良油菜品种的一种重要的指示性状受到人们的重视,黄籽油菜品种的选育一直是重要的育种目标。本研究通过全基因组重测序结合遗传连锁图谱对白菜型黄籽油菜大黄的粒色基因进行了精细定位,并对粒色候选基因进行克隆及功能分析,初步鉴定了控制大黄粒色的目标基因。此外,研究了黄褐籽种子形成过程中种皮色泽的动态变化规律及类黄酮代谢中目标基因及其他相关转录因子与结构基因的差异表达。揭示了白菜型油菜种皮中色素在种子发育时期的积累规律,为候选基因与类黄酮途径其他各基因的调控机理提供初步线索。主要研究结果如下:1.精细定位大黄油菜粒色基因,在前人对大黄油菜粒色基因定位的基础上,通过新开发得到的8个特异性SSR分子标记及实验室已开发7个特异性标记,进一步加密遗传连锁图谱,并得到整合后的物理图谱,将目标基因锁定在A9染色体上一段1.08Mb(A9:18.26Mb-19.34Mb)区间。通过全基因组重测序定位大黄油菜粒色基因,结果显示三个候选区段位于A9染色体上(17.83 Mb-18.93 Mb;20.53 Mb-20.99 Mb;22.57 Mb-26.09 Mb)。其中,重测序定位所得候选区段之一(17.83 Mb-18.93 Mb)与遗传连锁图谱定位结果存在大段重叠(overlap),并且该重叠区段内包含5个与目标基因共分离的连锁标记。结合分子标记构建遗传连锁图谱的方法和全基因组重测序的定位方法将目标基因所在区间缩短为678 Kb(A9:18.26 Mb-18.93 Mb)。2.大黄油菜粒色候选基因Brtt1的克隆及序列分析,在BRAD数据库中检索发现候选区间(A9:678Kb)共包含46个候选基因。通过与拟南芥全基因组序列的同源比对,并参考这46个候选基因同源基因的功能注释,分析发现该区段仅包含一个与色素合成相关的候选基因BrTT1(Bra028067),其拟南芥同源基因为功能已知的类黄酮途径关键基因TT1(At1g34790)。且在拟南芥中TT1基因突变体表现为透明种皮的性状,推测BrTT1基因为大黄油菜粒色基因的关键候选基因。利用白菜基因组序列,扩增获得BrTT1全长序列4586bp,其中包含启动子片段1796bp,终止子下游序列986bp,编码区序列1804bp,该基因包含有2个外显子和1个内含子。与白菜基因组序列BrTT1参考序列不同的是,该序列在起始密码子上游39bp处提前编码,导致白菜型油菜褐籽中BrTT1序列的第一外显子比参考序列多39碱基,但未引起移码突变。等位基因序列分析,结果发现黄籽Brtt1与褐籽BrTT1的启动子序列完全一致,与褐籽序列相比,黄籽材料中Brtt1在外显子区存在7处碱基替换,内含子区存在13处SNP位点,且存在2bp、9bp、114bp片段缺失。进一步进行氨基酸序列分析,发现大黄材料Brtt1编码蛋白序列有4处氨基酸同义突变,有3处氨基酸有义突变,分别为N45H、S294Y、H299L。将BrTT1基因编码氨基酸序列提交至ExPASy数据库(http://www.expasy.org)进行蛋白结构预测,结果显示BrTT1编码WIP锌指结构转录因子蛋白,其分子式为C145C148H161H165,属于C2H2类型锌指蛋白。3.大黄油菜粒色候选基因BrTT1的遗传转化,利用花絮浸染农杆菌介导的遗传转化方法,将BrTT1基因全长转入拟南芥tt1突变体CS82中,共得到20株T1代阳性苗,粒色完全恢复为野生型种皮颜色褐色,且恢复率为100%。将T1代阳性苗转化株继代至T3代苗,粒色性状表现稳定。BrTT1基因能够完全恢复tt1突变体粒色性状,使其表现为野生型粒色性状。BrTT1基因与拟南芥同源基因TT1有相似的基因功能,参与类黄酮代谢途径。分别扩增黄褐籽BrTT1全长ORF序列,构建超量表达载体p35S::TT1与p35S::tt1,采用农杆菌介导的花絮浸染的方法分别转化拟南芥tt1突变体CS82。载体p35S::TT1所得31株T1代阳性苗,且种子粒色完全恢复至野生型种子粒色,载体p35S::tt1所得39株T1代阳性苗,种子粒色与突变体CS82粒色相近,仍为亮黄色。构建BrTT1亚细胞定位载体,通过农杆菌介导的烟草叶片下表皮细胞和洋葱内皮层细胞转化法,瞬时表达BrTT1:GFP融合蛋白,将BrTT1定位于细胞核中,这符合转录因子的特征。4.黄褐籽不同发育时期种皮中色素积累规律与候选基因BrTT1及类黄酮代谢相关基因的差异表达,通过体视镜观察并比较黄褐籽材料种子形成过程中种皮色泽变化,种子发育中期(授粉后28天、35天)黄褐籽材料的粒色性状差异较大,褐籽材料种皮色泽明显变为褐色,而黄籽材料在整个种子发育过程并未存在粒色性状的较大变化,表现为透明种皮,呈现种胚的颜色。通过qRT-PCR分析可知,候选基因BrTT1的主要表达部位在种子形成时期,且种子形成前期和中期(授粉后7天、14天、21天、28天、35天)黄褐籽材料中BrTT1的表达量达到极显着差异,褐籽表达量显着高于黄籽。在授粉后21天褐籽材料中BrTT1的表达量达到最高峰值,但在种子形成后期(授粉后49天)BrTT1在黄褐籽材料中的表达量并未达到极显着差异。对大黄油菜粒色性状候选基因BrTT1及类黄酮代谢途径其他相关的8个结构基因和6个转录因子在黄褐籽种子形成不同时期材料中的表达量进行热图分析和表达谱分析,Br TT3、BrTT18、Br BAN在黄褐籽材料中表达差异较大,且褐籽材料中检测到这些基因的大量表达,而在黄籽材料中几乎不表达。结合已有对其他植物中TT1的研究结果,初步推断白菜型油菜种皮中类黄酮代谢相关基因的差异表达可能是导致黄褐籽种皮粒色差异的根本原因。粒色性状候选基因BrTT1调节因子在大黄油菜黄籽材料中的异常表达,导致靶基因BAN及类黄酮代谢路径其他结构基因的异常表达或不表达,阻断了原花色素的积累,从而使种皮表现为透明种皮形成黄籽。
刘璐[10](2016)在《陕北黄芥黄籽基因的精细定位及候选基因表达载体的构建》文中研究指明油菜是世界上最主要的油料作物之一,是重要的食用油、饲料蛋白和工业能源作物。提高油菜种子含油量和品质育种一直是育种家研究的重要课题。大量研究表明,在相同的遗传背景下,黄籽油菜的含油量一般高于褐籽、黑籽,且黄籽油菜具有种皮薄、油清澈透明、蛋白质含量高等优点。然而目前广泛栽培的甘蓝型油菜中却没有天然的黄籽种质,育种家通过对芥菜型、白菜型油菜中黄籽材料遗传特性以及黄籽形成机理等的研究,希望通过远缘杂交、黄籽基因导入等培育出能够稳定遗传黄籽性状的甘蓝型黄籽油菜。陕北黄芥黄籽性状多表现为纯黄且遗传稳定,遗传模式较为简单,是研究黄籽基因的理想材料。本研究选用陕北吴旗地方品种——吴旗黄芥为主要研究材料,在前期研究的基础上,对吴旗黄芥和关中褐芥构建的BC6S1群体进行表型鉴定和遗传分析、黄籽基因精细定位、候选基因分析以及对候选基因构建超表达载体、沉默载体四方面的研究,以期进一步明确陕北黄芥黄籽性状形成的分子机制,为克隆黄籽基因进行转基因育种提供理论支撑。研究结果如下:1.表型鉴定和遗传分析:以吴旗黄芥为轮回亲本,关中褐芥为供体亲本构建1216个单株的BC6S1分离群体为分析群体,通过对BC6S1衍生的BC6S2、BC6S3连续两代单株种皮色观察,分析鉴定BC6S1群体种皮色基因型分配,结果在1216个BC6S1群体中,有纯合黄籽293株,纯合褐籽307株,杂合褐籽616株。卡方测验说明,黄/褐籽基因型分配符合1:2:1(χ2=0.22,p≤0.05)。此结果进一步证明陕北黄芥的黄籽性状受1对等位基因控制,褐籽对黄籽为显性。2.黄籽基因的精细定位:前人研究已将陕北黄芥的黄籽基因定位于A09染色体,本研究在其基础上,扩大群体为1216个单株,设计多态性引物63对,成功开发10个标记,其中IP标记5个、SCAR标记5个。构建了遗传连锁图谱,其中距离基因最近的两个标记IP4和Y1,位于基因的两侧,遗传距离分别是0.1和0.3cM;IP1、IP2、IP3标记与黄籽基因共分离,将距离黄籽基因较近的分子标记序列和白菜A基因组进行比对分析发现黄籽基因在A09连锁群27.07927.616M范围内(约0.54Mb)。3.黄籽候选基因分析:对上述0.54Mb区域的95个基因进行结构分析和功能预测,结果表明仅有Bra036828基因与类黄酮合成途径相关,Bra036828基因和拟南芥F3H基因高度同源,因此初步确定Bra036828基因(芥菜型中命名为BjF3H-b1)为候选基因。克隆关中褐芥BjF3H-b1基因的CDS序列,序列全长1077bp,编码358个氨基酸。4.构建超表达载体和沉默载体:对已经克隆的BjF3H-b1基因,进行两次扩增得到目的基因片段,利用快速连接酶对表达载体pCAMBIA1301和扩增产物进行连接,并将连接产物转入大肠杆菌DH5α,筛选到含有目的基因的重组质粒,成功构建了候选基因Bj F3H-b1的超表达载体BjF3H-b1-1301和RNAi沉默表达载体silence2-1301,PCR和酶切检测验证重组子,并将验证后的质粒转入农杆菌感受态GV3101菌液中,完成表达载体的构建。
二、甘蓝型黄籽油菜粒色的遗传分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、甘蓝型黄籽油菜粒色的遗传分析(论文提纲范文)
(1)甘蓝型油菜BnaTT8基因突变体的创建及功能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
1 前言 |
1.1 黄籽性状的研究进展 |
1.1.1 拟南芥中黄籽性状的研究进展 |
1.1.1.1 拟南芥中黄籽性状的形成 |
1.1.1.2 拟南芥中黄籽突变体的研究 |
1.1.1.3 拟南芥中类黄酮合成研究 |
1.1.2 油菜中黄籽性状的研究进展 |
1.1.2.1 油菜黄籽性状的遗传模式 |
1.1.2.2 油菜黄籽性状的定位研究 |
1.1.2.3 甘蓝型油菜中的TT同源基因的研究 |
1.2 基因编辑技术的研究进展 |
1.2.1 基因编辑技术的发展 |
1.2.2 CRISPR/Cas基因编辑技术系统的发展 |
1.2.3 基因编辑技术在植物中的应用 |
1.2.3.1 基因编辑技术在作物改良中的应用 |
1.2.3.2 基因编辑技术在作物育种中的应用 |
1.3 本研究的目的与意义 |
2 材料与方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 植物材料 |
2.1.2 载体和菌株 |
2.1.3 主要试剂 |
2.1.4 试剂的配置 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 CRISPR/Cas9载体的构建 |
2.2.2 农杆菌介导的油菜下胚轴遗传转化 |
2.2.3 转基因植株的阳性检测 |
2.2.4 非变性PAGE胶检测转基因植株的编辑 |
2.2.5 编辑单株的突变基因型测序 |
2.2.5.1 PCR产物测序确定突变基因型 |
2.2.5.2 HI-TOM高通量测序确定编辑单株的突变基因型 |
2.2.6 种皮厚度的测量 |
2.2.7 石蜡切片的制备和细胞学观察 |
2.2.8 RNA样的采集与提取 |
2.2.9 反转录 |
2.2.10 表达分析 |
2.2.11 原花色素的香草醛和DMACA检测 |
2.2.12 气相色谱法测定甘蓝型油菜种子脂肪酸组成 |
2.2.13 NIRS法测定甘蓝型油菜种子含油量 |
2.2.14 脱靶检测 |
2.2.15 RNA-seq数据处理 |
2.2.15.1 原始数据的过滤 |
2.2.15.2 Reads的比对及DEGs 的筛选 |
2.2.15.3 差异基因GO功能分析和KEGG通路分析 |
2.2.15.4 qRT-PCR验证 |
2.2.16 代谢产物提取 |
3 实验结果与分析 |
3.1 BnaTT8基因克隆及序列分析 |
3.2 BnaTT8基因表达分析 |
3.3 BnaTT8靶基因的CRISPR/Cas9载体构建 |
3.4 编辑载体的遗传转化与再生植株的检测 |
3.4.1 编辑载体的遗传转化与再生植株的阳性鉴定 |
3.4.2 阳性植株的编辑鉴定与突变体的遗传分析 |
3.4.3 突变类型统计 |
3.5 BnaTT8突变导致内种皮PA积累缺失 |
3.5.1 BnaTT8基因的突变体的籽粒颜色变化 |
3.5.2 化学染色观察突变体对种皮发育过程中PA积累的影响 |
3.5.3 突变体对PA积累和种皮厚度影响的显微观察 |
3.6 BnaTT8突变对种子品质和产量性状的影响 |
3.6.1 BnaTT8突变对种子含油量和蛋白质含量的影响 |
3.6.2 BnaTT8突变对种子脂肪酸含量的影响 |
3.6.3 BnaTT8突变对产量相关性状的影响 |
3.7 T_0代编辑单株的脱靶分析检测 |
3.8 BnaTT8突变体和野生型种皮的转录组比较分析 |
3.8.1 RNA-seq数据分析 |
3.8.2 BnaTT8突变体和野生型种皮DEGs的筛选 |
3.8.3 BnaTT8突变体和野生型种皮DEGs的富集分析 |
3.8.4 BnaTT8突变体和野生型种皮中类黄酮合成相关基因的表达分析 |
3.8.5 qRT-PCR验证转录组结果 |
3.9 BnaTT8突变体的种子代谢组分析 |
3.10 BnaTT8基因突变对种子中脂肪酸合成相关基因表达的影响 |
4 讨论 |
4.1 CRISPR/Cas9系统在BnaTT8基因编辑中的应用 |
4.2 CRISPR/Cas9介导的BnaTT8突变体在育种中的应用前景 |
4.3 BnaTT8基因参与内种皮中PA的特异性积累 |
4.4 BnaTT8基因改变种子中含油量和脂肪酸组分的分子机理 |
4.5 基因编辑技术在作物中的应用前景与挑战 |
参考文献 |
附录 |
附录1 本研究所用的部分引物 |
附录2 甘蓝型油菜中BnaTT8基因的DNA序列比对信息 |
附录3 不同物种中TT8同源基因的进化树分析 |
附录4 T_2代中BnaTT8纯合突变体单株的预测氨基酸序列 |
附录5 作者简介及研究生阶段发表成果 |
致谢 |
(2)油菜三个基本种与复合种种子的代谢特征分析及相关候选基因鉴定(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 文献综述 |
1.1 拟南芥和芸薹属油菜 |
1.1.1 拟南芥和芸薹属油菜起源进化关系 |
1.1.2 黄籽油菜特点 |
1.1.3 黄籽性状的遗传特点 |
1.1.4 黄籽基因功能研究 |
1.2 植物类黄酮类次生代谢物 |
1.2.1 植物次生代谢物 |
1.2.2 类黄酮类物质的结构与功能 |
1.2.3 类黄酮物质与粒色变化 |
1.2.4 类黄酮代谢途径 |
1.3 植物代谢组学概述 |
1.3.1 代谢组学技术 |
1.3.2 代谢组在植物研究中的应用 |
1.4 转录组学概述 |
1.4.1 转录组学 |
1.4.2 转录组在油菜粒色研究中的应用 |
1.5 本研究的目的意义 |
第2章 芸薹属油菜种子UPLC-HESI-MS/MS分析与构建代谢物数据库 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 植物材料 |
2.1.2 主要仪器及试剂 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 种子次生代谢物提取 |
2.2.2 UPLC-HESI-MS/MS分析 |
2.2.3 代谢物的鉴定 |
2.3 结果分析 |
2.3.1 芸薹属油菜种子代谢组分析 |
2.3.2 芸薹属油菜种子代谢库的建立 |
2.3.3 芸薹属油菜类黄酮代谢物鉴定分析 |
2.4 讨论 |
第3章 利用代谢组与转录组挖掘黄黑籽甘蓝型油菜差异代谢物候选基因 |
3.1 实验材料 |
3.1.1 植物材料 |
3.1.2 主要仪器及试剂 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 甘蓝型油菜种子代谢物提取 |
3.2.2 甘蓝型油菜种子UPLC-HESI-MS/MS分析 |
3.2.3 甘蓝型油菜代谢物的鉴定 |
3.2.4 甘蓝型油菜代谢物的定量分析 |
3.2.5 RNA提取与转录组测序 |
3.2.6 代谢组数据分析方法 |
3.2.7 转录组分析方法 |
3.3 结果分析 |
3.3.1 甘蓝型油菜黄黑籽主要差异代谢物积累模式 |
3.3.2 甘蓝型油菜代谢物候选基因O2PLS筛选 |
3.3.3 黄黑籽甘蓝型油菜差异基因分析 |
3.3.4 甘蓝型油菜代谢物候选基因的WGCNA筛选 |
3.4 讨论 |
第4章 利用转录组与代谢组联合比较分析芥菜型油菜粒色差异机理 |
4.1 实验材料 |
4.1.1 植物材料 |
4.1.2 主要仪器及试剂 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 芥菜型油菜种子代谢物提取 |
4.2.2 芥菜型油菜种子UPLC-HESI-MS/MS分析 |
4.2.3 芥菜型油菜代谢物的鉴定 |
4.2.4 芥菜型油菜代谢物的定量分析 |
4.2.5 芥菜型油菜RNA提取与转录组测序 |
4.2.6 芥菜型油菜类黄酮途径基因鉴定 |
4.2.7 qRT-PCR分析 |
4.2.8 芸薹属油菜TT8基因同源克隆分析 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 芥菜型油菜代谢谱分析 |
4.3.2 芥菜型油菜差异代谢物鉴定分析 |
4.3.3 芥菜型油菜代谢物变化分析 |
4.3.4 芥菜型油菜类黄酮网络差异代谢基因表达分析 |
4.3.5 芸薹属油菜TT8基因比较分析 |
4.3.6 芥菜型油菜类黄酮代谢网路分析 |
4.4 讨论 |
第5章 主要结论和创新点 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
论文发表情况 |
(3)利用转录组与代谢组联合分析甘蓝粒色变化的差异机理(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 文献综述 |
1.1 黄籽油菜 |
1.1.1 黄籽性状的优点 |
1.1.2 黄籽种质的创制利用 |
1.2 油菜粒色相关研究进展 |
1.2.1 粒色性状影响因子 |
1.2.2 粒色性状遗传研究 |
1.2.3 粒色性状主效基因定位研究 |
1.2.4 粒色形成与类黄酮代谢途径 |
1.3 油菜基因组相关研究进展 |
1.4 转录组学 |
1.4.1 转录组技术概述 |
1.4.2 转录组分析在粒色研究中的应用 |
1.5 代谢组学 |
1.5.1 代谢组技术概述 |
1.5.2 代谢组分析在粒色研究中的应用 |
1.6 多组学技术应用 |
第2章 引言 |
2.1 研究目的与意义 |
2.2 研究内容与技术路线 |
2.2.1 研究内容 |
2.2.2 技术路线 |
第3章 黄黑籽甘蓝种子差异代谢物UPLC-HESI-MS/MS分析 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 试验材料 |
3.1.2 主要试剂和标准品 |
3.1.3 主要仪器设备 |
3.1.4 代谢物提取 |
3.1.5 代谢物UPLC-HESI-MS/MS分析 |
3.1.6 数据采集和分析 |
3.2 结果和分析 |
3.2.1 甘蓝种子代谢物的UPLC-HESI-MS/MS分析 |
3.2.2 酚酸类化合物含量分析 |
3.2.3 类黄酮类化合物含量分析 |
3.2.4 硫代葡萄糖苷类化合物含量分析 |
3.2.5 黄、黑籽甘蓝种子差异代谢物鉴定 |
3.2.6 黄黑籽甘蓝、白菜型油菜和甘蓝型油菜种子主要差异代谢物比较分析 |
3.3 讨论 |
第4章 高质量甘蓝基因组组装 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 试验材料 |
4.1.2 DNA的提取 |
4.1.3 文库构建和测序 |
4.1.4 基因组组装 |
4.1.5 基因组组装质量评估 |
4.1.6 基因组注释 |
4.2 结果与分析 |
4.2.1 基因组survey和基因组组装 |
4.2.2 HiC挂载染色体 |
4.2.3 基因组注释 |
4.3 讨论 |
第5章 黄黑籽甘蓝种子的转录组分析 |
5.1 材料与方法 |
5.1.1 试验材料 |
5.1.2 主要仪器与试剂 |
5.1.3 转录组测序 |
5.1.4 差异表达基因筛选 |
5.1.5 差异表达基因GO和KEGG分析 |
5.1.6 qRT-PCR分析 |
5.1.7 类黄酮途径和木质素途径基因成员的全基因组鉴定 |
5.2 结果与分析 |
5.2.1 测序数据质量评估 |
5.2.2 基因表达水平分析 |
5.2.3 差异表达分析 |
5.2.4 差异基因GO功能分析 |
5.2.5 差异基因KEGG代谢通路富集分析 |
5.2.6 类黄酮途径和木质素途径基因成员的全基因组鉴定 |
5.2.7 类黄酮途径相关基因的表达模式分析 |
5.2.8 木质素途径相关基因的表达模式分析 |
5.2.9 关键基因qRT-PCR验证 |
5.2.10 黄、黑籽甘蓝类黄酮代谢网络差异分析 |
5.2.11 关键候选基因的序列分析 |
5.3 讨论 |
第6章 主要结论 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
硕士期间发表论文情况 |
(4)甘蓝型油菜菘油CMS恢复系及白菜-黑芥附加系的创建及遗传研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
1 文献综述 |
1.1 植物远缘杂交与异源多倍体 |
1.2 芸薹属远缘杂交研究进展 |
1.2.1 芸薹属简介 |
1.2.2 甘蓝型油菜远缘杂交育种研究进展 |
1.2.2.1 远缘杂交人工合成甘蓝型油菜 |
1.2.2.2 远缘杂交转入抗性基因 |
1.2.2.3 远缘杂交导入优良农艺性状 |
1.2.2.4 远缘杂交创建细胞质雄性不育系 |
1.3 细胞质雄性不育系及恢复系 |
1.3.1 细胞质雄性不育基因 |
1.3.2 细胞质雄性不育系恢复基因 |
1.4 植物单体异附加系研究概况 |
1.4.1 单体异附加系 |
1.4.2 单体异附加系的培育方法 |
1.4.3 单体异附加系的鉴定 |
1.4.3.1 形态学鉴定 |
1.4.3.2 生化标记鉴定 |
1.4.3.3 分子标记鉴定 |
1.4.3.4 细胞学标记鉴定 |
1.4.4 单体异附加系的应用策略 |
1.5 本研究的目的和意义 |
2 以附加系为桥梁选育甘蓝型油菜inap CMS的恢复系 |
2.1 前言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 细胞学观察 |
2.2.3 花粉育性观察 |
2.2.4 小孢子培养 |
2.2.4.1 选蕾 |
2.2.4.2 消毒 |
2.2.4.3 抽提小孢子 |
2.2.4.4 加倍培养 |
2.2.4.5 胚诱导培养 |
2.2.4.6 再生苗培养 |
2.2.4.7 倍性检测 |
2.2.5 田间实验与性状考察 |
2.2.6 基因组DNA的提取 |
2.2.7 原位杂交 |
2.2.7.1 探针标记和封阻DNA的制备 |
2.2.7.2 原位杂交制片 |
2.2.7.3 原位杂交 |
2.2.7.4 拍照保存和图片处理 |
2.2.8 SSR分析 |
2.2.8.1 PCR反应体系 |
2.2.8.2 PCR程序及琼脂糖凝胶检测 |
2.2.9 AFLP分析 |
2.2.9.1 DNA酶切与连接 |
2.2.9.2 预扩增 |
2.2.9.3 选择性扩增 |
2.2.9.4 聚丙烯酰胺凝胶(PAGE)电泳检测 |
2.2.10 品质分析 |
2.2.11 恢复基因的BSA重测序 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 “菘油”CMS恢复系的选育 |
2.3.2 恢39的表型特征 |
2.3.2.1 恢39的苗期形态特征 |
2.3.2.2 恢39的成株期形态特征及产量相关农艺性状 |
2.3.2.3 恢39的花器官形态及自交结实 |
2.3.3 恢39的普通细胞学和原位杂交分析 |
2.3.4 恢39的SSR和 AFLP分析 |
2.3.5 恢39种子脂肪酸及硫苷组成分析 |
2.3.6 恢复基因的遗传模式分析和初定位 |
2.4 讨论 |
2.4.1 甘蓝型油菜inap CMS恢复系的创建 |
2.4.2 恢复系恢39中来自菘蓝的性状 |
2.4.3 甘蓝型油菜inap CMS恢复系恢39 的应用 |
3 全套白菜-黑芥单体异附加系的创建及分析 |
3.1 前言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 基因组DNA的提取 |
3.2.3 SSR分子标记鉴定 |
3.2.3.1 PCR反应体系 |
3.2.3.2 PCR程序及琼脂糖凝胶检测 |
3.2.4 染色体计数和染色体行为观察 |
3.2.5 花粉育性观察 |
3.2.6 茎尖培养 |
3.2.7 原位杂交 |
3.2.7.1 探针的制备 |
3.2.7.2 双色原位杂交 |
3.2.8 表型考察 |
3.2.9 数据处理 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 白菜-黑芥单体附加系的创建 |
3.3.2 黑芥染色体的雌雄配子传递率 |
3.3.3 MAALs的细胞学分析 |
3.3.4 黑芥B基因组rDNA位点定位 |
3.3.5 白菜-黑芥MAALs的表型特征 |
3.3.6 B3植株的紫色表型 |
3.4 讨论 |
3.4.1 白菜-黑芥MAALs的创建 |
3.4.2 黑芥染色体在MAALs中的染色体行为及传递率 |
3.4.3 黑芥一些性状的染色体定位 |
3.4.4 白菜-黑芥MAALs的应用 |
4 总结与展望 |
参考文献 |
附录 Ⅰ |
附录 Ⅱ |
致谢 |
(5)转录组测序辅助预测甘蓝型油菜黄籽基因(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
1 文献综述 |
1.1 油菜种皮颜色研究进展 |
1.1.1 油菜种皮结构 |
1.1.2 决定油菜种皮颜色的物质 |
1.1.2.1 拟南芥中决定种皮颜色的物质 |
1.1.2.2 油菜中决定种皮颜色的物质 |
1.2 类黄酮生物合成研究进展 |
1.2.1 类黄酮生物合成途径 |
1.2.2 类黄酮的转运 |
1.3 甘蓝型油菜中类黄酮生物合成相关基因的克隆 |
1.4 转录组分析 |
1.4.1 高通量测序技术的发展 |
1.4.2 转录组学的发展 |
1.5 本课题目的与意义 |
2 材料和方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 植株材料 |
2.1.2 主要试剂 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 RNA提取 |
2.2.2 RNA文库构建 |
2.2.3 测序数据的组装和注释 |
2.2.4 反转录 |
2.2.5 Real-timePCR |
2.2.6 差异表达基因的筛选与分析 |
2.2.7 表型考察 |
2.2.8 候选基因序列分析 |
3 结果与分析 |
3.1 不同时期种皮RNA的提取及检测 |
3.2 转录组测序分析 |
3.2.1 转录组测序数据量统计 |
3.2.2 转录组测序结果 |
3.3 差异基因及功能富集 |
3.3.1 差异表达基因的鉴定 |
3.3.2 GO富集分析 |
3.3.3 KEGG注释及富集分析 |
3.4 与种皮颜色相关的DEG的分析 |
3.4.1 类黄酮合成途径相关基因在黑籽与黄籽材料中表达量分析 |
3.4.2 qRT-PCR验证转录组数据 |
3.4.3 qRT-PCR验证基因表达量动态变化 |
3.4.4 与种皮颜色形成相关基因不同拷贝间的表达量分析 |
3.5 结合定位结果筛选候选基因 |
3.6 分析候选基因的序列信息 |
3.7 qRT-PCR检测两个基因表达量 |
4 讨论 |
4.1 转录组分析DEGs |
4.2 基因不同拷贝间表达情况的分析 |
4.3 候选基因的分析 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
(6)甘蓝型油菜黄籽粒色修饰QTL(BnSCA05)定位及候选基因筛选鉴定(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 文献综述 |
1.1 甘蓝型油菜起源进化 |
1.1.1 芸薹属作物 |
1.1.2 甘蓝型油菜 |
1.2 甘蓝型黄籽油菜的研究进展 |
1.2.1 黄籽油菜的性状特点 |
1.2.2 黄籽油菜的遗传特性 |
1.2.3 甘蓝型油菜的种皮特性 |
1.3 植物数量性状 |
1.3.1 植物数量性状遗传特点 |
1.3.3 甘蓝型油菜黄籽性状基因的定位 |
1.3.4 甘蓝型油菜与其近缘物种的黄籽性状研究 |
1.4 本研究的目的与意义 |
第2章 甘蓝型油菜A05 染色体粒色修饰QTL定位与候选基因的鉴定 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 植物材料田间种植与管理 |
2.2.2 基因组DNA提取与检测 |
2.2.3 植物总RNA提取与反转录 |
2.2.4 粒色性状考察与粒色性状QTL定位分析 |
2.2.5 黄、黑籽甘蓝型油菜重测序分析 |
2.2.6 候选基因的提取 |
2.2.7 候选基因的筛选 |
2.2.8 候选基因全长CDS序列的获得 |
2.2.9 产物回收克隆 |
2.2.10 候选基因生物信息学分析 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 甘蓝型油菜粒色修饰QTL(BnSCA05)定位分析 |
2.3.2 粒色修饰QTL(BnSCA05)区间内候选基因筛选 |
2.3.3 候选基因的同源克隆与测序 |
2.3.4 候选基因测序结果分析 |
2.3.5 候选基因在不同遗传来源黄黑籽甘蓝型油菜中的表达分析 |
第3章 甘蓝型油菜调控粒色候选基因的功能分析 |
3.1 试验材料 |
3.1.1 植物材料 |
3.1.2 菌株及载体 |
3.1.3 试剂与仪器 |
3.2 试验方法 |
3.2.1 质粒抽提 |
3.2.2 转基因拟南芥基因组DNA与总RNA的提取 |
3.2.3 候选基因超量表达载体的构建 |
3.2.4 候选基因启动子分析 |
3.2.5 携带不同表达载体工程菌株获得 |
3.2.6 拟南芥遗传转化 |
3.2.7 甘蓝型油菜转化法 |
3.2.8 烟草瞬时表达实验 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 候选基因的超量表达载体的构建 |
3.3.2 转基因拟南芥T2 代植株的获得与分子生物学鉴定 |
3.3.3 T2 代转基因拟南芥种子籽粒颜色观察 |
3.3.4 其它表型性状分析 |
3.3.5 候选基因启动子分析 |
3.3.6 甘蓝型油菜的遗传转化 |
第4章 讨论与结论 |
4.1 讨论 |
4.1.1 甘蓝型油菜粒色性状QTL定位分析 |
4.1.2 甘蓝型油菜粒色候选基因的筛选鉴定 |
4.1.3 甘蓝型油菜粒色候选基因的功能分析 |
4.2 结论 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
附录 |
(7)白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色调控机制差异比较分析(论文提纲范文)
摘要 |
Absctact |
第1章 文献综述 |
1.1 拟南芥、白菜型油菜和甘蓝型油菜的起源进化关系 |
1.2 种皮色素和类黄酮代谢组分的研究 |
1.3 拟南芥和芸薹属作物中透明种皮基因(Transparent Testa genes,TT genes)的研究 |
1.3.1 拟南芥TT基因的研究 |
1.3.2 芸薹属作物TT同源基因的研究 |
1.4 芸薹属作物粒色基因遗传和定位的研究 |
1.4.1 白菜型油菜粒色基因遗传和定位研究 |
1.4.2 甘蓝型油菜粒色基因遗传和定位研究 |
1.4.3 其它芸薹属作物粒色基因遗传和定位研究 |
第2章 十字花科物种类黄酮途径基因成员的全基因组鉴定 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 十字花科已测序物种中TT同源基因的鉴定 |
2.1.2 类黄酮途径基因在不同十字花科植物中的系统进化分析 |
2.1.3 白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中类黄酮途径基因的同源比对分析 |
2.2 结果与分析 |
2.2.1 类黄酮途径同源基因 |
2.2.2 类黄酮途径基因在十字花科植物中的系统进化分析 |
2.2.3 白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中类黄酮途径基因的同源比对 |
2.3 讨论 |
第3章 不同来源白菜型油菜和甘蓝型油菜中粒色相关基因的表达模式对比分析 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 供试植物材料 |
3.1.2 类黄酮关键基因及粒色候选基因引物设计 |
3.1.3 RNA提取和荧光定量分析方法 |
3.2 结果与分析 |
3.2.1 甘蓝型油菜和白菜型油菜极端黄、黑籽材料中类黄酮途径基因的系统表达差异对比分析 |
3.2.2 不同来源白菜型油菜和甘蓝型油菜中粒色主效基因的表达模式对比分析 |
3.2.3 白菜型油菜和甘蓝型油菜中粒色基因各家族成员的表达模式对比分析 |
3.3 讨论 |
第4章 不同来源白菜型油菜和甘蓝型油菜种子中代谢组分差异对比分析 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 试验材料 |
4.1.2 不同发育时期种子类黄酮组分提取 |
4.1.3 类黄酮标准品制备 |
4.1.4 LC/MS分析 |
4.1.5 数据采集和分析 |
4.1.6 不同发育时期种子中不溶性原花色素提取及测定 |
4.2 结果与分析 |
4.2.1 类黄酮组分检测结果 |
4.2.2 不溶性原花色素含量测定结果 |
4.3 讨论 |
第5章 白菜型油菜和甘蓝型油菜不同发育时期种子转录组和粒色主效基因差异分析 |
5.1 材料与方法 |
5.1.1 试验材料 |
5.1.2 DNA和RNA提取 |
5.1.3 转录组测序和数据分析 |
5.1.4 连锁标记开发和基因定位 |
5.1.5 实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证分析 |
5.1.6 与目标基因紧密连锁的CAPS(cleaved amplified polymorphic sequence)标记开发 |
5.2 结果与分析 |
5.2.1 近等基因系群体粒色性状调查 |
5.2.2 与SCA9-2 紧密连锁的分子标记筛选和遗传连锁图谱构建 |
5.2.3 转录组测序和比对结果 |
5.2.4 差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)检测 |
5.2.5 qRT-PCR分析结果 |
5.2.6 DEGs聚类分析 |
5.2.7 SNP,Indel和转录因子(Transcription factor,TF)分析结果 |
5.2.8 GO和KEGG聚类分析 |
5.2.9 蛋白互作分析 |
5.2.10 CAPS标记转化结果 |
5.2.11 不同类型油菜中粒色主效基因的差异分析 |
5.2.12 粒色候选基因转基因后代中类黄酮途径基因和候选基因的表达分析 |
5.3 讨论 |
第6章 结论 |
缩略词 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
发表论文及参加课题一览表 |
(8)甘蓝型油菜种皮颜色基因的精细定位与种皮转录组分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略语表 |
1 文献综述 |
1.1 黄籽油菜的性状特点 |
1.2 油菜种皮颜色的遗传研究 |
1.3 油菜种皮颜色基因的定位和克隆 |
1.3.1 白菜型油菜种皮颜色基因的定位和克隆 |
1.3.2 芥菜型油菜种皮颜色基因的定位和克隆 |
1.3.3 埃塞俄比亚芥种皮颜色基因的定位 |
1.3.4 甘蓝型油菜种皮颜色基因的定位 |
1.3.5 油菜类黄酮途径基因的同源克隆 |
1.4 油菜黄籽性状的形成机制 |
1.4.1 拟南芥和甘蓝型油菜种皮结构 |
1.4.2 拟南芥种皮颜色形成机制 |
1.4.3 甘蓝型油菜种皮颜色形成机制的初步探讨 |
1.5 芸薹属植物基因定位的策略 |
1.5.1 图位克隆 |
1.5.2 重测序分析 |
1.5.3 转录组测序分析 |
1.6 本研究的目的和意义 |
2 材料和方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 种子含油量的测定 |
2.2.1 NIRS法测定甘蓝型油菜种子品质 |
2.2.2 气相色谱内标法检测种子脂肪酸含量 |
2.3 分子标记分析 |
2.3.1 油菜DNA的提取 |
2.3.2 AFLP标记分析 |
2.3.3 SSR标记的开发 |
2.3.4 IP标记的开发 |
2.3.5 基于SNP芯片的SNP引物开发 |
2.3.6 全基因组重测序分析 |
2.3.7 连锁图谱构建 |
2.4 种皮类黄酮含量的检测 |
2.4.1 原花青素的香草醛和DMACA检测 |
2.4.2 种皮中代谢物的粗提取及LC-MS/MS分析 |
2.4.3 不溶性原花青素含量的检测 |
2.5 种皮转录组分析 |
2.5.1 RNA的提取、cDNA文库的构建和测序 |
2.5.2 RNA-seq数据的处理 |
2.5.3 qRT-PCR验证 |
3 结果与分析 |
3.1 甘蓝型黄籽、黑/褐籽油菜成熟种子的品质特征 |
3.2 种皮颜色基因D的定位 |
3.2.1 基于白菜基因组信息开发SSR、IP、SNP标记 |
3.2.2 基于AFLP标记和甘蓝型油菜基因组信息开发SSR标记 |
3.2.3 基于重测序数据开发标记 |
3.2.4 种皮颜色基因D的遗传定位与定位区段的共线性分析 |
3.3 甘蓝型黄籽、黑/褐籽油菜种子发育过程中种皮的类黄酮含量比较分析 |
3.3.1 甘蓝型黄籽、黑/褐籽油菜种皮的化学染色 |
3.3.2 甘蓝型黄籽、黑/褐籽油菜种皮可溶性类黄酮含量的比较 |
3.3.3 甘蓝型黄籽、黑/褐籽油菜不溶性原花青素含量的比较 |
3.4 甘蓝型黄籽、褐籽油菜近等基因系种皮的转录组比较分析 |
3.4.1 RNA-seq数据分析 |
3.4.2 甘蓝型黄籽、褐籽油菜近等基因系种皮差异表达基因的筛选 |
3.4.3 黄籽、褐籽种皮差异表达基因的GO和KEGG富集分析 |
3.4.4 黄籽、褐籽种皮中类黄酮合成相关基因的表达水平比较分析 |
3.4.5 差异表达的转录因子基因的筛选 |
3.4.6 qRT-PCR验证 |
3.5 种皮颜色基因D定位区间的候选基因的筛选 |
4 讨论 |
4.1 比较基因组与基于WGR的BSA在油菜基因定位中的应用 |
4.2 甘蓝型油菜种皮颜色基因定位的复杂性 |
4.3 原花青素的合成和积累是甘蓝型黄籽、褐籽油菜种皮颜色差异的主要原因 |
4.4 参与类黄酮合成的新转录因子 |
4.5 下一步研究计划 |
参考文献 |
附录 |
附录1 LC-ESI-MS/MS检测的431种代谢物 |
附录2 qPCR所用的基因及引物序列 |
附录3 不同发育时期的种皮DEGs的GO富集分析结果 |
附录4 作者简介和研究生阶段发表的文章 |
致谢 |
(9)大黄油菜粒色性状候选基因的定位克隆及功能分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 文献综述 |
1.1 白菜型油菜黄籽性状的研究 |
1.1.1 黄籽油菜的品质特点 |
1.1.2 白菜型黄籽油菜的遗传特性 |
1.1.3 黄籽性状种皮色泽基因的定位研究 |
1.2 拟南芥和白菜型油菜起源、进化的相关性研究 |
1.3 拟南芥类黄酮途径透明种皮(Transparent Testa,TT)基因的研究 |
1.3.1 拟南芥类黄酮代谢途径 |
1.3.2 拟南芥透明种皮基因的研究 |
1.4 油菜同源TT基因的表达和克隆研究 |
1.5 高通量测序在性状定位上的应用 |
1.6 本研究的目的与意义 |
第2章 精细定位大黄油菜粒色性状候选基因 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 材料特征 |
2.1.2 群体构建 |
2.2 主要的实验仪器及试剂 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 开发更紧密连锁的SSR标记并构建遗传连锁图谱 |
2.3.1.1 材料选取 |
2.3.1.2 SSR标记开发及图谱构建绘制 |
2.3.2 基于分离群体分组分析法(BSA)的全基因组重测序 |
2.3.2.1 材料选取及样品检测 |
2.3.2.2 文库构建、库检及测序 |
2.3.2.3 重测序原始数据的生物信息学分析 |
2.4 结果与分析 |
2.4.1 SSR标记开发和遗传连锁图谱构建 |
2.4.2 全基因组重测序定位目标基因所在候选区间 |
2.4.2.1 测序样品质量控制及测序流程 |
2.4.2.2 子代SNP-index及ΔSNP-index分析 |
2.4.3 ΔSNP-index结合遗传连锁图谱精细定位目标基因 |
2.5 讨论 |
第3章 大黄油菜粒色候选基因BrTT1的克隆及功能研究 |
3.1 实验材料和试剂 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 菌株和质粒 |
3.1.3 主要仪器设备及试剂 |
3.2 实验方法和步骤 |
3.2.1 DNA和RNA提取 |
3.2.2 反转录总cDNA第一链的合成 |
3.2.3 基因序列分析及系统进化树构建 |
3.2.4 互补转化载体构建 |
3.2.4.1 候选基因BrTT1全长克隆 |
3.2.4.2 候选基因全长载体的构建与鉴定 |
3.2.4.3 载体pTT1::TT1转化拟南芥tt1突变体CS82 |
3.2.4.4 载体pTT1::TT1转化白菜型油菜黄籽亲本大黄 |
3.2.5 超量表达载体的构建 |
3.2.5.1 全长开放阅读框(ORF)序列的克隆 |
3.2.5.2 超量表达载体的构建与鉴定 |
3.2.5.3 超量表达载体p35S::TT1与p35S::tt1转化拟南芥tt1突变体CS82 |
3.2.6 亚细胞定位载体的构建 |
3.2.6.1 亚细胞定位载体片段的克隆 |
3.2.6.2 亚细胞定位载体的构建与鉴定 |
3.2.6.3 亚细胞定位载体转化洋葱表皮细胞和本氏烟草(N.benthamian) |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 白菜型油菜粒色性状候选基因BrTT1的克隆及序列分析 |
3.3.2 候选基因BrTT1的蛋白序列分析、结构预测及进化分析 |
3.3.3 BrTT1基因的遗传转化互补分析 |
3.3.4 BrTT1基因的超量表达分析 |
3.3.5 BrTT1基因的亚细胞定位分析 |
3.4 讨论 |
3.4.1 白菜型油菜粒色基因与拟南芥TT基因的关系 |
3.4.2 大黄油菜种皮色泽形成机制的初步推断 |
3.4.3 白菜型油菜遗传转化体系的探讨 |
第4章 白菜型油菜黄褐籽种皮中类黄酮积累动态规律及类黄酮途径基因差异表达分析 |
4.1 主要实验仪器试剂及实验材料 |
4.1.1 主要实验仪器及试剂 |
4.1.2 实验材料 |
4.2 实验方法和步骤 |
4.2.1 不同时期组织材料的选取 |
4.2.2 不同时期组织材料总RNA的提取及cDNA第一链的获得 |
4.2.3 类黄酮途径基因的差异表达 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 白菜型油菜黄褐籽不同发育时期种子粒色性状动态变化 |
4.3.2 白菜型油菜黄褐籽不同发育时期的种皮中类黄酮代谢相关基因差异表达分析 |
4.4 讨论 |
4.4.1 白菜型油菜黄褐籽种皮中原花色素的积累可能导致黄褐籽种皮粒色的差异 |
4.4.2 白菜型油菜种皮中类黄酮代谢相关基因的差异表达可能是导致黄褐籽种皮粒色差异的根本原因 |
第5章 结论 |
5.1 主要研究结果 |
5.2 本研究创新之处 |
5.3 下一步研究计划 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
作者简介 |
已获奖项 |
参与科研项目及论文发表情况 |
(10)陕北黄芥黄籽基因的精细定位及候选基因表达载体的构建(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 文献综述 |
1.1 黄籽油菜的研究进展 |
1.1.1 种皮颜色与油菜其他性状的相关性 |
1.1.2 油菜种皮颜色的遗传研究 |
1.1.3 油菜黄籽基因的定位 |
1.1.4 油菜黄籽形成的机理研究 |
1.2 图位克隆技术在油菜黄籽中应用 |
1.2.1 分子标记技术在基因定位中的应用 |
1.2.2 油菜黄籽基因的精细定位研究 |
1.3 候选基因功能分析方法 |
1.3.1 RNA干涉原理与应用 |
1.3.2 超表达技术的应用 |
1.3.3 遗传转化技术的应用 |
1.4 本研究的目的和意义 |
第二章 陕北黄芥黄籽基因的精细定位 |
2.1 材料和方法 |
2.1.1 试验材料 |
2.1.2 试验方法 |
2.2 结果与分析 |
2.2.1 BC_6S_1群体种皮色基因型鉴定 |
2.2.2 标记的开发与遗传图谱的构建 |
2.2.3 序列分析及候选基因的确定 |
2.3 讨论 |
2.3.1 候选基因确定策略 |
2.3.2 拟南芥标记的开发 |
2.3.3 IP 标记的开发 |
第三章 黄籽候选基因的表达载体构建及遗传转化研究 |
3.1 试验材料 |
3.2 试验方法 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 RNA、cDNA质量 |
3.3.2 Bj F3H-b1 基因克隆结果与分析 |
3.3.3 BjF3H-b1基因植物表达载体构建结果 |
3.3.4 silence2-1301植物表达载体构建结果 |
3.4 讨论 |
3.4.1 BjF3H-b1-1301载体的构建 |
3.4.2 silence2-1301载体的构建 |
3.4.3 F3H基因研究进展 |
第四章 全文总结 |
4.1 全文结论 |
4.2 试验下一步计划 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
作者简介 |
四、甘蓝型黄籽油菜粒色的遗传分析(论文参考文献)
- [1]甘蓝型油菜BnaTT8基因突变体的创建及功能研究[D]. 翟云孤. 华中农业大学, 2021
- [2]油菜三个基本种与复合种种子的代谢特征分析及相关候选基因鉴定[D]. 申树林. 西南大学, 2021(01)
- [3]利用转录组与代谢组联合分析甘蓝粒色变化的差异机理[D]. 唐芳. 西南大学, 2021(01)
- [4]甘蓝型油菜菘油CMS恢复系及白菜-黑芥附加系的创建及遗传研究[D]. 李鹏飞. 华中农业大学, 2019
- [5]转录组测序辅助预测甘蓝型油菜黄籽基因[D]. 敦蕊. 华中农业大学, 2019(02)
- [6]甘蓝型油菜黄籽粒色修饰QTL(BnSCA05)定位及候选基因筛选鉴定[D]. 管明威. 西南大学, 2019(01)
- [7]白菜型油菜和甘蓝型油菜粒色调控机制差异比较分析[D]. 赵会彦. 西南大学, 2019(01)
- [8]甘蓝型油菜种皮颜色基因的精细定位与种皮转录组分析[D]. 洪美艳. 华中农业大学, 2017(01)
- [9]大黄油菜粒色性状候选基因的定位克隆及功能分析[D]. 王艳花. 青海大学, 2017(08)
- [10]陕北黄芥黄籽基因的精细定位及候选基因表达载体的构建[D]. 刘璐. 西北农林科技大学, 2016(11)