论文部分内容阅读
油桐(Vernicia fordii)是广泛分布于我国的一种传统木本油料树种,其主要产品桐油作为世界上最优质的干性油,已开始在电子行业、高级印刷油墨、合成树脂、塑料行业、橡胶行业及其他化工行业得到应用。种子含油率和单粒种仁重是决定油桐产量的重要因素,α-桐酸百分比含量和其它脂肪酸组分含量是评价桐油品质的重要指标。本论文中利用采自我国主要油桐产区的491份油桐树构建而成的自然群体为研究材料,连续3年采集油桐单粒种仁重、含油率、α-桐酸百分比含量及其它脂肪酸组分百分比含量等表型数据;选取了两棵高低含油率不同的油桐树不同时期的油桐种仁进行转录组测序,分析油桐树种子高低含油率的分子机制;并利用转录组测序数据开发了一批SNP分子标记,进行了候选基因关联分析研究,得到主要结果如下:1、对来自我国9省市的491份油桐种质资源的单粒种仁重、种仁含油率和脂肪酸组分百分比含量进行了测定,建立了油桐种质资源的表型数据库。油桐果实中单粒种仁重与含油率在油桐自然群体中变异范围很广,这可能与油桐种质资源复杂的遗传背景有关。同时,单粒种仁重和含油率之间有着高度的正相关,它们都可以作为评价油桐产量的重要指标。油桐种质资源中α-桐酸含量普遍较高,平均百分比含量高达79.64%,表明油桐中有着一套高效合成、转运和贮藏α-桐酸的系统。2、连续测定12棵油桐树种子发育过程中11个时期含油率,绘制不同含油率油桐树种子油脂积累曲线。结果发现,含油率在70%左右的油桐树胚乳油脂快速积累时间长达5到7周,而含油率在50%左右的油桐树中油脂快速积累时间只有2到4周,含油率在60%左右的油桐树中油脂快熟积累时间为4到6周,这说明成熟油桐树种子含油率高低与油脂快速积累时间的长短有关。3、采用RNA-seq技术对高含油率油桐树H和低含油率油桐树L不同发育时期的种子进行转录组测序分析。结果表明,大量糖酵解、脂肪酸合成和TAG组装途径中的基因在高含油率油桐树H油脂积累后期保持高表达,而大量脂肪酸降解途径中的基因在低含油率油桐树L油脂积累后期保持高表达,且PⅡ/、LEC1和LEC1-Like等3个与脂肪酸合成相关的转录因子仅在高含油率油桐树H油脂积累后期保持高表达。油桐树种子油脂积累后期这些通路中关键基因的差异化表达可能是造成油桐树种子含油率高低差异的分子机制之一。本研究为解释油桐树种子含油率高低的分子机制提供了新的视角,可为提高植物种子含油率提供新的育种策略。4、以19棵种子含油率高低不同的油桐树为材料,对其油脂积累开始后5-6周的种子进行转录组测序分析,鉴定到分布于15340个注释基因上的70315个SNP位点。为了进一步开发影响油桐含油率和脂肪酸组分的功能分子标记,我们对含有SNP位点的基因进行GO分类和KEGG富集分析,分布于8958个基因上的41009(57.7%)个SNP成功匹配到GO功能分类中,含有11963个SNP位点的2776个基因注释到125个KEGG通路中。其中1096个SNP位点匹配到与油脂合成相关的GO分类的基因上,1231个SNP位点位于脂肪酸合成相关KEGG通路中,这些SNP位点有望进一步开发为功能分子标记。5、筛选到21个可能影响油桐种子含油率和脂肪酸组分的候选SNP位点,采用MassARRY质谱分型技术在374棵油桐树组成的群体中进行基因分型。进一步用TASSEL软件进行候选基因位点与油桐种子含油率等表型性状之间的关联分析,共获得5个显著关联的位点,其中位点S1775-155811、S303-214966和S228-148503 分别在VfPDAT2、VfLPAAT1 和 VfPDH-α3 的 5’-UTR 区域,说明这些SNP变异位点很可能在调控水平影响油脂积累。另外VfPDH-α1和VfPDH-α3中的位点S48-719107和S228-148503与油桐单粒种仁重显著关联。上述研究结果不仅为解析油桐树种子含油率高低分子机制提供了理论依据,而且也为木本油料树种分子改良提供了新的思路。