不结球白菜株型性状相关基因挖掘及分析

不结球白菜株型性状相关基因挖掘及分析白菜类作物隶属十字花科(Cruciferae)芸薹属(Brassica),原产自我国,栽培历史悠久且品种丰富,主要包括大白菜(Brassicarapassp.pekinensis)、不结球白菜(B.rapassp.chinensis;NonHeadingChineseCabbage;NHCC)和芜菁(B.rapassp.rapa)。其中,不结球白菜是我国长江中下游广泛种植的大众蔬菜。不结球白菜包含了多个变种,具有丰富的形态多样性。在多个变种中,存在不同的株型性状,如直立、半塌地和塌地。而在直立株型中,又包含直立不束腰和直立束腰株型。在本试验中,利用简化基因组测序技术对直立束腰和半塌地品种杂交构建的F2分离群体进行测序,同时利用转录组和MeDIP测序技术对束腰品种进行束腰前后的株型差异基因挖掘。根据测序结果,对候选基因中生长素信号途径中的Aux/IAA及ARF家族在大白菜中进行鉴定和进化分析;对脱落酸信号途径中的SnRK2基因家族在不结球白菜中进行克隆和分析。主要研究结果如下:1.使用直立束腰品种和半塌地品种进行杂交,构建F2分离群体,来进一步测量束腰性状及其与其它性状之间的关系。结果证明,束腰性状并非质量性状,而是在植株成长过程中逐渐形成的数量性状。在两个组合的F2分离群体中,通过测量计算植株的腰粗和菜头粗的比值得到的束腰比呈正态分布。并且,植株的束腰比与植株的株高、叶柄长呈负相关。在束腰形成过程中,与低温处理的植株相比,处于18℃-24℃环境中的植株几乎不束腰,这说明低温积温与束腰性状的形成有关。2.以大白菜基因组为参考基因组,对两个株型性状表现极端的亲本构建的F2分离群体进行简化基因组测序,共获得78,723,756条有效reads,GC含量约42%,终获得具有1个或多个等位基因的SLAF标签62,978个,整体平均深度达414.26x,且SLAF标签在染色体上分布均匀。实验中定位到了3个较可靠区域,包含8810个SNP标签,148条候选基因。根据不结球白菜变种转录组数据,筛选到25条表达差异较大的基因,其中11条是F-box基因。选定的25条基因在束腰形成前后的样品中表达差异较大。3.利用转录组测序和MeDIP测序方法,对不结球白菜束腰前后的基因进行全面系统的分析。在本研究中,转录组共得到103,846,926个高质量的双末端序列,比对到参考基因组上的大概约70%,得到上调差异基因1560条,下调基因1228条。MeDIP测序共测得223,380,998个长为49bp的双末端序列,与参考基因组的比对率分别是78.01%和78.13%。测序结果表明,在束腰过程中,基因组甲基化水平提高。两种测序联合分析后,共鉴定出基因主体负相关的基因123条,启动子负相关基因387条。其中代谢相关途径、次生代谢途径、植物激素转导途径以及植物病原互作途径所占比例较高。最终在植物激素信号转导途径中共选出14条候选基因并进行实时定量PCR验证。4.在不结球白菜束腰性状的转录组及甲基化联合分析中,鉴定出部分生长素响应基因Aux/IAA及转录调控因子基因ARF。本研究在大白菜中共鉴定出52条Aux/IAA和33条ARF基因,其中包括1条ARF类似基因,命名为AL。这些基因分化时间与大白菜三倍化时间基本一致。在全基因组加倍后,Aux/IAA基因被全部保留下来,远优先于ARF基因。在陆地植物进化过程中,ARF基因扩增平缓稳定,Aux/IAA基因家族扩增迅速且受到的选择压力较小。Aux/IAA基因家族表现出了更强的组织表达特异性,重复基因的功能发生了分化。在研究中鉴定出的AL基因广泛存在于植物中,并与ARF关系更近。5.转录组及甲基化联合分析中的候选基因SnRK2.6属于SnRK2基因家族。本研究结果表明该家族在进化过程中被优先保留,并在不结球白菜逆境文库中克隆到13条SnRK2基因。这些基因多数含有8个外显子,结构保守稳定。大部分基因,尤其是第三亚组参与了ABA调控。除此之外,大部分基因还可响应冷处理。BcSnR