油桐花發(fā)育及其性別決定機(jī)制研究.pdf

1、油桐（Vernicia fordii）屬于大戟科(Euphorbiaceae)，為多年生落葉木本油料作物，是我國熱帶和亞熱帶特有的經(jīng)濟(jì)林，同時(shí)也是生產(chǎn)生物柴油的重要原材料。油桐種子中含油量為50-60％，油脂中75％是α-酮烯酸（α-eleostearic acid），其決定了桐油的質(zhì)量。隨著能源危機(jī)，在中國油桐作為重要的木本能源植物越來越受到關(guān)注。油桐為雌雄異花同株植物，花序?yàn)閳A錐狀聚傘花序，在當(dāng)年生的枝條頂端形成。在花序中，只有一個(gè)

2、或幾個(gè)雌花生在花序主軸的中心或二級(jí)花序軸的頂端，周圍被雄花圍繞。雄花遠(yuǎn)遠(yuǎn)比雌花多，平均雌雄比為1∶27，低產(chǎn)量嚴(yán)重制約了油桐產(chǎn)業(yè)花的發(fā)展。因此，為了改變油桐雌雄花比和提高油桐產(chǎn)量，研究油桐花發(fā)育、性別決定的過程及雌雄花性別決定相關(guān)基因的查找具有十分重要的意義，為下一步的遺傳育種提供理論依據(jù)。本研究主要內(nèi)容如下:
　　1.油桐花發(fā)育
　　1)油桐花芽物候期觀察（合肥），其分化的時(shí)間為每年的6月至7月底之間，分化周期從當(dāng)年的6月

3、或7月至下年的4月份為止。因此根據(jù)物候?qū)W理論將油桐花芽分化分成6個(gè)時(shí)期:枝芽發(fā)育(bud development)、枝條伸長(zhǎng)(shoot elongation)、花序分化起始(initiation of inflorescence differentiation)、花序休眠(inflorescence dormancy)、萌芽期(bud burst)和花序軸伸長(zhǎng)(inflorescence axes elongation)。
　　

4、2)顯微形態(tài)和掃描電鏡觀察，油桐雌、雄花的發(fā)育可分為12個(gè)時(shí)期。在前6個(gè)時(shí)期，雌、雄花之間不存在明顯的形態(tài)學(xué)差異;在發(fā)育時(shí)期7時(shí)，雌、雄花具有明顯的形態(tài)學(xué)差異，即雌、雄花性別分化起始階段。油桐雄花在形成過程中，始終保持單性花的狀態(tài);但油桐雌花首先經(jīng)歷兩性期，之后由于雄蕊的退化，形成單性花。
　　3)形態(tài)學(xué)觀察，油桐雌花雄蕊的發(fā)育停滯在雌花發(fā)育時(shí)期10，花藥分化不正常，小孢子母細(xì)胞無法完成減數(shù)分裂形成四分體。在隨后的發(fā)育過程中，即停

5、滯在減數(shù)分裂前(pre-meiosis)。
　　4)細(xì)胞學(xué)觀察，雌花雄蕊在花發(fā)育時(shí)期11時(shí)發(fā)生細(xì)胞凋亡，從而實(shí)現(xiàn)兩性花向單性花的轉(zhuǎn)變。
　　2.油桐雌雄花轉(zhuǎn)錄組分析
　　應(yīng)用Illumina Hiseq 2500對(duì)油桐雌雄花（花發(fā)育時(shí)期7）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，產(chǎn)生了56，065個(gè)非冗余的unigene，總長(zhǎng)58，533，301 bp，平均長(zhǎng)度為1，044 bp，序列最長(zhǎng)為23，196 bp，N50為1，463 bp。以擬南

6、芥TAIR10蛋白數(shù)據(jù)庫進(jìn)行BlastX比對(duì)，共注釋到24，567個(gè)基因，每個(gè)油桐unigene ID對(duì)應(yīng)一個(gè)擬南芥AGI號(hào)。油桐雌、雄花性別差異基因?yàn)?12個(gè)DEGs，其中有387個(gè)DEGs在雄花中顯著性表達(dá)，425個(gè)DEGs在雌花中顯著性表達(dá)。通過與擬南芥蛋白數(shù)據(jù)庫比對(duì)，812個(gè)油桐雌雄DEGs中有608個(gè)比對(duì)到擬南芥的AGIs而得到注釋結(jié)果，其中，310個(gè)DEGs在雄花中顯著性表達(dá)，298個(gè)DEGs在雌花中顯著性表達(dá)。油桐雌雄花差

7、異基因GO富集分析，雌花性別形態(tài)的形成受到茉莉酸（LOX2和LOX3）及其響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子（GL3、MYB3、WRKY33、WRKY53和MYB73等）、和花分生組織活性的基因(SPLAYED和AGO10)影響。對(duì)油桐而言，我們推測(cè)JA具有組織或細(xì)胞特異性調(diào)節(jié)功能，從而促進(jìn)雌蕊的分化而形成雌花的兩性態(tài)特征。
　　3.油桐雌雄花蛋白質(zhì)組學(xué)分析
　　建立了適合油桐蛋白二維電泳的方法，可以有效地分離各種蛋白組分，且重復(fù)性好。對(duì)油桐雌雄