摘要
叶色突变体是了解色素代谢和叶绿体发育机制的重要材料。本研究以甘蓝型油菜绿叶株系G7097和白叶株系W7105为实验材料，对其进行色素含量和光合特性的测定，又基于转录组测序数据，鉴定与叶色相关的差异表达基因，并对相关基因进行qPCR验证和比较测序分析。研究结果为进一步定位和克隆甘蓝型油菜叶片白化关键基因以及阐述油菜白叶形成的分子机制奠定了基础。具体研究结果如下： 1.在大田环境下，白叶株系W7105在苗期表现正常绿叶；现蕾期开始新生叶为白绿相间的花叶或斑驳叶片；至初花期，老叶脱落后，全株叶片变为白色，只有叶缘有少量绿色部分。在开花期对G7097的绿叶和W7105的白叶进行光合色素含量和光合参数测定。结果显示，与G7097绿叶相比，W7105白叶白色部位的叶绿素a、b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均显著降低。此外，白叶的净光合速率（Pn）显著降低，胞间CO2浓度（Ci）则显著提高。 2.在苗期、现蕾期和初花期，取G7097和W7105新生叶片进行转录组测序分析。通过不同叶色组合的比较分析，共检测到1532个与叶色表型相关的差异表达基因（DEGs），包括540个上调DEGs和992个下调DEGs。GO和KEGG富集分析结果表明，W7105白化叶中上调的DEGs与蛋白酶体、翻译过程、碳水化合物和能量代谢途径等显著相关；而下调的DEGs则与叶绿体、光合作用和电子传递链显著相关。转录因子鉴定结果显示，共鉴定到110个转录因子（TFs），在33个上调表达的TFs中NAC家族成员占比最大，而在77个下调表达的TFs中WRKY家族成员占比最高。参与叶绿素和类胡萝卜素生物合成的DEGs，即编码叶绿素合成酶（CHLG）、叶绿素加氧酶（CAO）和八氢番茄红素合成酶（PSY）的基因在W7105白化叶中显著下调，可能与白叶中异常的叶绿素和类胡萝卜素积累有关。此外，我们还发现转录因子GLK1的下调表达可能影响了白化叶的叶绿体发育。泛素-蛋白酶体系统（UPS）主要组分CDC48的上调表达表明缺陷的叶绿体发育也可能与叶绿体蛋白的异常降解有关。选取涉及叶绿素、类胡萝卜素代谢，光合作用、质核逆向信号传导和叶绿体质量控制相关的共18个DEGs进行qRT-PCR验证，结果与转录组数据具有一致性。 3.基于转录组数据的分析结果，最终共筛选到159个与W7105白化表型相关的DEGs，将其中与色素代谢和叶绿体发育相关的共16个DEGs作为候选基因进一步分析。通过对这16个DEGs进行比较测序，发现BnaC01g06270D在白叶株系W7105中有5个SNP和1个InDel位点，该突变能够造成氨基酸编码改变，可能影响蛋白质正常功能。通过生物信息学方法预测该基因定位在叶绿体中，编码ATPase的F0复合物亚基。表达分析发现，该基因在W7105白叶中的表达量较绿叶显著降低。综上所述，BnaC01g06270D可能是导致白叶表型的关键候选基因之一。
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