馬鈴薯試管薯形成相關的光糖同時響應基因及耐熱基因型篩選.pdf

1、隨著植物組織培養(yǎng)技術的不斷成熟，組織培養(yǎng)條件下通過控制培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件，可以誘導腋芽形成試管薯(microtuber)。研究表明馬鈴薯試管薯在組織結構、生長發(fā)育、遺傳穩(wěn)定性等方面與自然狀態(tài)下的塊莖基本相同，這為試管薯在生產(chǎn)和研究上的應用提供了最基本的前提。試管薯的形成條件的研究有很多，其中較為明確的結果是短日照和較高的蔗糖濃度是試管薯形成的必須條件，但關于光周期與蔗糖的協(xié)同調控試管薯形成機制目前還不清楚。馬鈴薯是喜涼作物，溫度是影響

2、馬鈴薯產(chǎn)量最重要的因素之一，高溫會抑制塊莖的形成，對于一些熱帶地區(qū)而言，馬鈴薯種植仍然存在許多困難，而馬鈴薯耐熱機制和遺傳基礎研究的還十分缺乏。
　　基于上述背景本研究主要分為兩大部分內容，第一部分在實驗室前期利用RNA-seq技術分別建立的光周期和蔗糖轉錄組數(shù)據(jù)庫的基礎上，對其進行進一步分析，篩選光-糖協(xié)同作用的差異表達基因，為深入研究光糖協(xié)同調控馬鈴薯試管薯形成的分子機理提供研究基礎。第二部分是利用實驗室試管薯研究平臺，在前期

3、光周期對試管薯生長發(fā)育影響研究的基礎上，先確定耐熱性篩選鑒定的溫度，然后通過耐熱性鑒定篩選出耐熱性差異基因型，為后期進一步分離出耐熱性差異的相關基因奠定基礎。研究結果如下:
　　1.光糖同時響應的相關基因篩選:首先通過對前期利用第一代RNA-seq測序技術獲得的光周期處理轉錄組數(shù)據(jù)資料進行重分析，在將其與現(xiàn)在的馬鈴薯基因組數(shù)據(jù)庫序列比對的基礎上，使基因標簽與現(xiàn)在馬鈴薯的通用基因標簽一致。然后按照現(xiàn)在的分析方法重新分析，篩選得到17

4、0個光周期響應的差異表達基因。其次，利用實驗室前期已有的蔗糖處理轉錄組測序數(shù)據(jù)資料，采用相同的分析方法得到響應蔗糖的差異表達基因302個，比對分析篩選到128個光糖同時響應基因。
　　2.光糖同時響應的相關基因的信息分析:對光周期和蔗糖同時有響應的128個基因進行GO(Gene Ontology)注釋和KEGG pathway路徑分析，發(fā)現(xiàn)基因涉及了37個功能小類和28條代謝路徑上。其中主要涉及了光合作用、植物病原互作和激素信號傳

5、導等路徑。
　　3.光糖同時響應的關鍵基因確定與表達分析:結合GO和KEGG pathway注釋，選擇了26個涉及脅迫應答、糖類代謝、發(fā)育、激素信號轉導以及若干功能未知基因進行進一步的分析，選其中的7個基因對其在結薯表型顯著差異基因型中的表達模式進行比較分析，發(fā)現(xiàn)有3個基因對結薯響應，分別是PGSC0003DMT400007869(Osmotin)PGSC0003DMT400013500(Glucose-6-phosphate/p

6、hosphatetranslocator2)和PGSC0003DMT400073694(Chloroplast-post-illumination-chlorophyll fluorescence increase protein)。
　　4.馬鈴薯高溫處理溫度確定:先以馬鈴薯結薯季節(jié)可能的較高溫度范圍(26-30℃)為耐熱性篩選溫度設置范圍，26℃處理不能達到篩選鑒定耐熱基因型的目的，而30℃高溫處理下的試管苗幾乎都無法正常生長

7、，介于其中的28℃培養(yǎng)條件下可以明顯反應基因型對溫度的敏感程度，所以確定以28℃作為篩選鑒定馬鈴薯耐高溫性的實驗溫度。
　　5.馬鈴薯耐熱性差異基因型篩選:為篩選耐熱性差異基因型，用MTI群體材料中的9個基因型在恒溫(28℃)處理基礎上又做了晝夜變溫（日間28℃夜間25℃）處理，并對照實驗室對這些基因型在長日照和短日照條件下的結薯習性評價，最終篩選得到光溫雙敏感基因型MTI115和MTI035，光周期不敏感但溫度敏感的基因型MTI