甘藍型油菜中基因表達的劑量效應及甘藍-黑芥附加系的創(chuàng)建.pdf

1、多倍化或全基因組加倍發(fā)生在至少70％的顯花植物中，是植物物種形成的一個重要途徑。在多倍化事件發(fā)生的早期階段就發(fā)生了一系列的遺傳學和表觀遺傳學變化，并伴隨著基因的劑量平衡和基因網絡調控而引起基因表達水平的變化，這些深刻的變化可能使多倍體增強對環(huán)境的適應力。然而，對于劑量平衡調控基因表達、基因組進化方面依然知之甚少，對于影響基因對劑量依賴與否的潛在機制方面更是難以捉摸。在本研究中，采用了研究異源多倍體的模式物種之一的蕓薹屬栽培種的一些物種來

2、研究基因/基因組劑量效應對基因表達及互作的影響。一方面，是對整倍體的劑量效應研究，采用RNA-Seq的方法分析了一系列不同A、C基因組劑量的蕓薹屬雜種/多倍體(AC，AAC，CCA，CCAA)及其二倍體親本的基因表達情況，來分析全基因組范圍內的劑量不平衡對基因表達的影響。另一方面，我們試圖構建全套的甘藍-黑芥單體異附加系，這不僅為研究由非整倍體（單體）引起的劑量平衡調控奠定了材料基礎，與此同時，全套的單體異附加系材料還可以進行其他遺傳學

3、問題的研究以及應用于育種實踐。主要結果如下:
　　1.劑量平衡對基因表達的影響及其進化意義
　　為了探究基因組劑量變化對基因表達和互作的影響，用兩個相同的親本創(chuàng)建了一系列不同A、C基因組拷貝數的蕓薹屬雜種和多倍體(AC，AAC，CCA，CCAA)，并對這些材料及其親本進行了轉錄組測序分析。結果發(fā)現，A、C基因組基因表達的改變與劑量的變化一致。根據基因表達量與劑量之間的相關性，這些基因被分成了劑量依賴型和劑量非依賴型兩類。劑量

4、依賴型基因的表達量與劑量的變化表現出極強的相關性，這類基因主要表現為劑量效應;而劑量非依賴型基因的表達量與劑量的變化表現出很弱的相關性，這類基因表現為劑量補償效應。與基因平衡假說的預測一致，劑量非依賴型基因的蛋白質互作要比劑量依賴型基因的多。劑量依賴型基因更加傾向于通過反式調控作用來影響基因表達，而劑量非依賴型基因則更加傾向于通過順式調控作用來發(fā)揮作用。另外，劑量依賴型基因主要與生物體最基本的生物途徑相關，似乎主要起到維持生物體生長發(fā)育

5、穩(wěn)定性的作用;而劑量非依賴型基因則主要集中于壓力響應相關的生物途徑，似乎對生物體的適應性起重要作用。本研究通過在蕓薹屬植物中對基因表達依賴/非依賴劑量改變的基因的研究為劑量平衡對基因的表達調控及多倍體基因組進化提供了新的見解。
　　2.甘藍-黑芥單體異附加系的創(chuàng)建
　　為了創(chuàng)建甘藍-黑芥單體異附加系，采用了一個本實驗室早期通過甘藍(2n=18，CC)和黑芥(2n=16，BB)雜交獲得的異源三倍體雜種(2n=26，CCB)作為

6、母本，用親本甘藍(CC)作輪回親本進行連續(xù)回交。在BC1至BC3回交后代中采用FISH和SSR分子標記技術來篩選在C基因組上附加每一條B基因組染色體的單體異附加系(2n=19，CC+1B1-8)。最終獲得了除B2以外的其他7條染色體的單體異附加系，而B2染色體存在于一個三重附加系中。獲得的這些單體異附加系材料大部分可能由于表達了來源于黑芥性狀的基因或者發(fā)生了互作而表顯出明顯的表型差異。在減數分裂終變期或后期Ⅰ，額外附加的B基因組染色體平

7、均有86.24％不參與配對而表現為單價體，而在剩余13.76％的細胞里外源B基因組染色體與一對C基因組染色體配對形成三價體。對于外源染色體的配子傳遞率，在所有單體異附加系中，雌配子傳遞率（平均14.4.％）遠遠高于雄配子的(2.64％)。而對于不同染色體的雌配子傳遞率，染色體B1、B4和B5(22.38-30.00％)要比其他4條(B3、B6、B7和B8)的(5.04-8.42％)高出很多。甘藍-黑芥單體異附加系的創(chuàng)建對于黑芥基因組結構