蕓薹屬作物與Moricandia nitens間甘氨酸脫羧酶P亞基基因的比較分析.pdf

1、油菜是世界上廣泛種植的一種油料作物，它在植物分類上屬于十字花科(Cruciferae)蕓苔屬(Brassica)，以收獲種籽榨油為主要目的。從碳同化過程來看，蕓苔屬作物屬于C3類型植物，一般光呼吸比較強烈、二氧化碳補償點比較高，因此光合效率比較低。Moricandianitens屬于十字花科Moricandia屬，在親源關系上與蕓薹屬植物比較近，其二氧化碳補償點介于C3和C4植物之間，是一種C3-C4中間類型植物。從碳同化過程來看，該種

2、類型植物同樣行使C3途徑，其在光合生理和遺傳基礎上比C3植物更接近C4植物，它們被認為是為向C3植物中轉移C3-C4光合特性的寶貴植物資源。據信，類花環(huán)式的葉片解剖結構和P亞基的特異性分布是C3-C4植物具有低二氧化碳補償點的主要原因。本研究在擁有M.nitens與甘藍之間體細胞雜種的基礎上進一步構建了基因組組成為MACC的倍半四倍體，迫使M染色體組與A染色體組之間發(fā)生同源重組，并期望以控制C3-C4性狀相關的基因替換控制C3性狀的相關

3、基因，進而將C3-C4性狀由C3-C4植物轉移到C3類型二倍體油菜栽培種當中去，為最終實現創(chuàng)建具有低二氧化碳補償點的新型白菜型油菜提供理論和實踐基礎。同時，研究了C3-C4植物M.nitens、甘藍型油菜以及擬南芥的甘氨酸脫羧酶P亞基基因(gdcP)在基因結構上的異同，初步分析了C3-C4植物在由C3到C3-C4的進化過程中，P亞基基因在這兩個不同類型植物間差異表達的可能原因，具體結果如下： 1.總共有2,966bp和3,254

4、bp甘氨酸脫羧酶P亞基的部分基因組序列分別從M.nitens和甘藍型油菜中分離出來，其中各包括一段1323bp和1608bp非翻譯區(qū)和調控區(qū)，第一和第二個外顯子和內含子，以及一小部分第三個外顯子。目前這兩個序列已經遞交給Genbank，序列號分別為AY544771和AY544772。 2.對M.nitens、甘藍型油菜和擬南芥的甘氨酸脫羧酶P亞基的部分序列同源性分析的結果表明，M.nitens和甘藍型油菜在結構基因部分間的同源性

5、要比它們分別與擬南芥的同源性要高的多；然而，在基因的調控區(qū)，擬南芥和甘藍型油菜間的同源性要比它們與M.nitens的同源性要高。以上結果說明M.nitens和甘藍型油菜之間的分化相對于擬南芥要晚的多，同時也暗示著在C3-C4植物出現之前，C3植物便已經存在了，同時，也說明了P亞基基因在C3與C3-C4物種之間差異表達的原因可能在于它們的轉錄調控區(qū)之間存在的差異有關。 3.建立了以農桿菌介導遺傳轉化C3-C4類型植物Morican

6、diaarvensis的體系。 4.將來自于甘藍型油菜P亞基基因1.6kb長的啟動子序列與GUS基因融合，通過農感菌介導對C3-C4植物Moricandiaarvensis進行了遺傳轉化。GUS染色結果表明，與M.arvensis自身的P亞基的表達模式不同的是，GUS基因除了可以在轉基因植株M.arvensis的維管束鞘細胞內表達之外，在葉肉細胞中也有很強的表達活性。這說明，C3類型植物的P亞基基因的啟動子區(qū)域內可能存在兩個獨立

7、的順式作用因子，它們分別控制著維管束和葉肉細胞的特異性表達。C3-C4植物在由C3到C3-C4的進化過程中，控制葉肉細胞特異表達的順式作用因子可能發(fā)生了某些改變從而導致了C3-C4植物的的葉肉細胞喪失了特異性表達P亞基基因的能力。 5.根據M.nitens和甘藍型油菜之間在甘氨酸脫羧酶P亞基的轉錄調控區(qū)的序列差異，設計了一對特異于M.nitens的顯性的基因特異標記gdcPM，可用于向C3類型二倍體油菜栽培種轉移C3-C4性狀的

8、分子標記輔助選擇的過程。 6.通過組織切片和超微結構觀察，從倍半四倍體MACC與白菜型油菜的雜交后代中篩選到一株具有類似于M.nitens的類花環(huán)式結構的單株1H75-1，SSR和細胞學分析的結果表明，該單株為M基因組與A基因組間的重組株；二氧化碳補償點分析結果表明，僅具有類花環(huán)式結構對降低該單株的二氧化碳補償點可能并沒有什么意義，這似乎也在暗示著只有類花環(huán)式結構和P亞基的特異性分布有機地結合起來才真正有利于二氧化碳補償點的降低