摘要
基因组多倍化是一种普遍的生物学现象，也是新物种形成的重要推动力。植物多倍化过程中常伴随着基因组结构、基因表达、表观遗传等改变，产生有异于亲本的表型。多倍化导致物种的基因组趋于复杂，基因拷贝数增多，为性状的遗传解析及基因定位、功能分析带来挑战。染色体片段缺失往往导致相应的表型变化，而控制这些表型的基因就位于缺失片段内，根据这个原理可以利用染色体缺失品系进行迅速、准确的基因定位工作。本研究中，我们以埃塞俄比亚芥(BcBcCcCc，2n=34)为母本与甘蓝(CoCo，2n=18)杂交合成同源异源六倍体(CcCcCoCoBcBc)。在杂种幼胚培养、加倍过程中，同一个幼胚愈伤组织中分化出两种表型不同的六倍体，推测是由于染色体数目或者结构变异导致。利用细胞学观察、荧光原位杂交、基因组重测序以及转录组测序技术，对两种六倍体染色体数目、基因组组成以及叶片与花瓣的基因表达进行了分析，确定了缺失片段所在的染色体位置并初步明确了导致两种六倍体叶色与花色变异的关键基因。主要结果如下： 1.两种六倍体的表型观察 利用埃塞俄比亚芥(G0-7，紫株、黄花)为母本与甘蓝(迟花芥蓝，绿株、白花)杂交及加倍后获得两种表型六倍体(CcCcCoCoBcBc)植株：紫株与绿株。紫株六倍体不同组织部位均有紫红色出现，尤以幼嫩叶片、幼小花蕾、角果皮处最为明显；绿株六倍体所有组织器官均未见到紫色产生。另外，紫株花瓣刚刚打开时为淡黄色，随后逐渐变为白色，但是绿株花瓣一经打开就是白色。 2.六倍体染色体数目与组成分析 普通细胞学与原位杂交分析观察表明，绿株和紫株六倍体体细胞中均具有预期的52条染色体。B基因组染色体特异性SSR标记分析表明，绿株六倍体B04染色体丢失或者部分缺失。利用均匀覆盖B04染色体20个SSR标记分析表明，B04染色体存在部分缺失。随后，对两种六倍体进行重测序分析，结果表明紫株与绿株六倍体均具有16条B基因组染色体和36条C基因组染色体，但绿株六倍体B基因组B04染色体缺少了一条臂(0-22.7Mb区段)。 3.六倍体叶片转录组分析 叶片转录组分析表明，绿株B04染色体基因平均表达量明显偏低。绿株与紫株比较共鉴定到7344个差异表达基因，其中位于B04染色体缺失部分的967个差异基因中有965个表现为下调表达。差异表达基因中有38个为花青素合成相关基因，但只有花青素合成关键基因DFR(BjuB001305)位于B04染色体缺失区段内。差异表达基因中也鉴定到6个类胡萝卜素合成相关基因，其中在绿株中下调表达且位于B04缺失染色体部分上有2个基因,分别是CRTISO(BjuB028062)与Z-ISO(BjuB042707)，分别编码类胡萝卜素合成中的两个关键酶：类胡罗素异构酶与δ-胡萝卜素异构酶。 4.六倍体花瓣转录组分析 在花瓣中，绿株与紫株比较共鉴定到4028个差异表达基因，其中位于B04染色体缺失部分的1212个差异基因中有1209个表现为下调表达。共鉴定到13个花青素合成相关差异基因，其中无基因位于B04染色体缺失区段内。鉴定到7个类胡萝卜素合成相关差异基因，其中在绿株中下调表达基因位于B04缺失染色体部分上2个基因与叶片中相同。 总之，本研究通过普通细胞学、基因组原位杂交及重测序分析鉴定到一个B04染色体臂缺失六倍体(CcCcCoCoBcBc)。通过转录组分析并结合该区段内基因信息，分别鉴定到1个花青素及2个类胡萝卜素合成的关键基因。相关结果将为芸薹属多倍体花青素与类胡萝卜合成基因部分同源基因的功能解析奠定了基础。
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