甘蓝型油菜不同部位腋芽基因表达分析及BnTCP基因家族鉴定

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甘蓝型油菜(Brassica napus.L.,2n=38,AACC)是十字花科(Cruciferae)芸薹属(Brassica)植物,是世界上主要的油料作物之一。分枝是其重要的农艺性状,与产量息息相关。众所周知,分枝是由腋芽发育而来,但是在大田环境下生长的油菜,其腋芽并不能全部发育成分枝,尤其是中下部的腋芽,这种现象制约了油菜产量。为了探索油菜中下部的腋芽不能发育成分枝的原因,本研究通过RNA-seq对甘蓝型油菜蕾苔期的顶部、上部、中部和下部等四个部位腋芽的进行差异分析,以挖掘调控腋芽生长的关键因子并进行功能验证,主要结论如下:1、不同部位腋芽的转录组测序对甘蓝型油菜蕾苔期不同部位的腋芽进行转录组测序,以顶端为对照,基于|log2(foldchange)|≥1,FDR<0.001三组共获得差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)27992个,其中顶端VS下部差异基因数目最多,有21906个。GO富集结果表明,差异基因主要富集到细胞过程,催化活性和细胞部分;KEGG富集分析表明,所有的富集通路中碳代谢,氨基酸的生物合成,植物激素信号转导,光合作用和淀粉蔗糖代谢富集最多。另外,我们筛选了464个与腋芽生长发育相关的DEGs,其中包括101个与糖信号传导相关的差异基因,80个编码激素信号传导的基因,166个编码转录因子以及117个与光合作用相关的差异基因。对于糖信号传导途径,中下部腋芽中参与编码蔗糖合成关键酶的基因BnSPP和BnSPS大多数都下调表达,而与糖信号传导途径相关的基因中对腋芽生长起积极作用的基因上调表达,对腋芽生长起消极作用的基因下调表达;在鉴定的激素相关基因中脱落酸信号传导基因居多,且大多数基因在中下部中上调表达;共鉴定了6种与腋芽生长发育相关的转录因子,分别为BnPIF,BnHB-1,BnLSH4,BnBRC1,BnWRKY和BnWD40,其中BnBRC1在拟南芥中的同源基因At BRC1具有抑制腋芽生长的作用。在本研究中,BnBRC1在中下部上调表达,且差异倍数最高达11倍,这可能是造成腋芽在中下部不能发育成分枝的重要原因。另外,我们筛选15个候选基因进行qRT-PCR验证,其表达量与转录组测序趋势保持一致,这也表明我们的转录组测序结果的准确性。2、甘蓝型油菜不同部位腋芽可溶性糖含量测定采用蒽酮法对甘蓝型油菜顶端、上部、中部和下部的腋芽进行可溶性糖含量的测定,结果显示,从顶部到下部,可溶性糖的含量依次降低,顶部腋芽可溶性糖的含量是下部腋芽的近3倍,且不同部位腋芽之间都极显著差异。3、BnTCP基因家族的生物信息学分析在甘蓝型油菜中,BnTCP基因一共有75个成员,在75个成员中,BnTCP13d的CDS序列最长1290bp,编码429个氨基酸,BnTCP21a的CDS序列最短531bp,编码176个氨基酸。对BnTCP家族进行启动子分析,结果表明14个BnTCP成员含有昼夜节律调控元件,大部分成员都含有与植物生长发育和响应植物激素反应的顺式作用元件。通过甘蓝型油菜中双11转录组测序结果,BnBRC1基因家族在腋芽中特异性表达,在根、叶、茎和子叶(没去胚芽)中表达量比较低。4、BnBRC1基因功能验证根据BnBRC1的CDS序列,设计特异性引物,扩增出855 bp长的片段,采用双酶切法构建p Cambia2301M1B超表达载体,准备遗传转化拟南芥。为了观察BnBRC1定位于细胞中的哪个部位,我们先进行亚细胞定位预测,结果表明该基因可能定位于细胞核中。为了进一步检测其表达部位,我们克隆BnBRC1-1的CDS序列,采用双酶切法构建p EGAD载体,计划转进烟草观察表达部位。
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