论文部分内容阅读
中国水仙(Narcissus tazetta var.chinensis)是我国十大传统名花,观赏价值较高。然而水仙花色单调、品种单一,至今中国水仙品种仍较少。深入研究中国水仙花色形成的分子机制,进行分子改造,将是中国水仙花色创新和新品种培育的有效途径。本研究以漳州水仙为材料,通过水仙花瓣和副冠转录组测序分析,筛选出参与调控类黄酮合成途径的R2R3-MYB转录因子,进行表达分析及功能验证,为中国水仙花色形成机理的研究提供理论基础。本研究主要获得以下研究成果: 1.本试验以漳州水仙‘金盏银台’为实验材料,提取始花期花朵(花瓣和副冠混合)RNA,用Illumina Hiseq2000进行高通量测序,共获得23,081,029条total clean reads,组装后共获得55,418条unigene,其中超过500的unigene有21,750个,长度在1kb以上的unigene有11,053条,unigene平均读长669bp,N50读长1,049bp。对Unigene进行功能注释,包括与NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库的比对,共获得32,414条Unigene的注释结果,从而构建了水仙花转录组数据库。进行基于Unigene库的基因结构分析,其中SSR分析共获得3,276个SSR标记。将花转录组与之前测序的鳞茎盘转录组进行分析,共得到7,059个差异表达基因(DEGs),其中3,663个DEGs上调表达,3,396个DEGs下调表达,差异表达基因被注释到126个KEGG代谢通路。 2.通过花转录组与鳞茎盘转录组差异表达基因分析,获得2个与类黄酮代谢相关的R2R3-MYB转录因子。初步序列分析表明其中一个与花青素合成抑制有关,命名为NtMYB7;另一个与类黄酮合成激活有关,命名为NtMYB8。 3.从漳州水仙中克隆出NtMYB7和NtMYB8编码区全长序列,开放阅读框(ORF)分别为753bp、803bp,分别编码250和268个氨基酸。NtMYB7和NtMYB8的GenBank登录号为MF522208和MF522209。蛋白多重序列比对分析发现NtMYB7、NtMYB8基因都含有R2和R3保守结构域,属于R2R3-MYB基因;系统进化树分析结果显示NtMYB7与花青素合成抑制因子聚为一类,NtMYB8与花青素合成激活因子聚为一类。通过对NtMYB7、NtMYB8在中国水仙不同花期花瓣和副冠以及不同器官的表达,发现NtMYB7表达量在鳞茎盘中表达量最高,表达量是花苞期花瓣表达量的近20倍;在花瓣中,NtMYB7基因的相对表达量随着水仙花的开放逐渐升高,盛花期达到最高;在副冠中,始花期表达量最高,花苞期和盛花期表达量较低。NtMYB8在花中的表达量高于鳞茎盘和叶片,花苞期副冠中NtMYB8的表达量是鳞茎盘的近17倍,随着花的开放,NtMYB8在副冠中的表达量显著下降。 4.构建pSAK277-NtMYB7和pSAK277-NtMYB8植物表达载体,并转化农杆菌,进行烟草瞬时表达实验。在烟草瞬时表达中,定量PCR分析表明NtMYB7显著抑制烟草黄酮醇代谢分支FLS基因的表达,同时抑制StMYB激活的花青素和原花青素合成结构基因的表达。研究结果初步判断NtMYB7是中国水仙类黄酮代谢途径的抑制因子。单独注射NtMYB8基因烟草叶片没有变化,NtMYB8基因与StBHLH混合注射,定量结果显著上调FLS、LAR和ANS基因的表达,NtMYB8可能与StBHLH结合促进黄酮醇、原花青素以及花青素的合成。但是NtMYB8在水仙的花中表达量最高,所以推测它在中国水仙中,特别是副冠中可能同时激活黄酮醇、原花青素和花青素的合成,但是由于水仙与烟草不同,在水仙中是否激活黄酮醇代谢途径,还有待进一步验证。 5.通过NtMYB7基因、NtMYB8基因稳定转化烟草,获得了转基因植株,烟草开花表型分析发现,转基因花色颜色变浅,进一步推测NtMYB7基因可能抑制了花青素代谢途径,导致颜色变浅;NtMYB8基因可能主要促进黄酮醇分支,从而与花青素分支竞争,导致烟草花色变浅,其基因功能需要后续实验进一步验证。