基于转录组信息的油松胚珠育性相关微卫星标记开发及基因差异表达分析

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油松(Pinus tabulaeformis Carr.)是我国特有的绿化和造林树种,研究其胚珠发育的调控机制,对提高油松种子的产量和质量有着重要的理论和实践意义。研究表明,植物胚珠发育是基因在时空上顺序表达的结果,而基因表达调控受体内外多种因素的影响。近年来越来越多的实验证据表明,微卫星序列(SSR)是体内参与基因表达调控的重要因素之一。辽宁兴城油松种子园内的28号无性系雌配子体游离核在早期停止分裂,而导致胚珠败育。为研究该雌性不育系游离核停止分裂的原因,课题组分别对油松雌配子体游离核分裂不同时期的可育系与不育系胚珠的转录组进行了高通量测序,共得到63449个相关Unigene。本研究在此基础上,进行了转录组微卫星特征分析,并筛选育性相关的微卫星标记,对目标基因在两系胚珠发育不同阶段的表达规律进行了分析。主要结果如下:1.用MISA软件对转录组数据进行SSR位点的发掘和分析,得到了1412个SSR位点,存在于1274条序列中,平均每2.15 kb出现一个SSR。结果表明,油松胚珠转录组微卫星中存在87种重复基元,其中(A/T)n比例最高,约占45.89%;出现频率较高的重复类型是单核苷酸(46.88%)和三核苷酸(34.99%)重复。所得微卫星多为长度<20 bp的短重复序列,>20 bp仅占总数的5.67%,重复序列出现频率与长度呈负相关。所得的SSR位点大部分位于非编码区,位于编码区的仅232个,有18个跨越了编码区和非编码区;编码区中占比例最高的是三核苷酸重复序列(105个45.26%)。与杨树、桉树等植物相比,油松与银杏、南方红豆杉等古老植物的基因更加稳定,微卫星序列出现频率低且微卫星的种类更少、长度变化范围更小。2.通过高通量测序获得含微卫星序列基因的RPKM值,选择在可育系和不育系转录组中表达存在显著差异的基因序列,运用Primer 6.0软件设计得到12对引物,用PCR技术分别对这些目标基因进行扩增。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳,从不育系特异表达基因中获得分子量为300 bp的片段,从可育系特异表达基因获得250 bp的片段,两片段条带清晰稳定,推测与油松胚珠育性相关,但尚需进一步验证。3.采用RT-qPCR技术对预选的8个目标基因在胚珠游离核分裂的前、中、后期的表达规律进行分析。其中引物24、31、36、38扩增的目标基因,其扩增曲线和溶解曲线良好且稳定,证明扩增结果可靠且以上4对引物可用。用2-△△CTLivak法对4个目标基因在不育系和可育系中的表达水平进行相对定量,结果表明在不育系和可育系发育同一时期目标基因的表达均有差异而差异倍数不同,但表达规律基本一致,即游离核分裂前期和中期目标基因在不育系中的表达水平均高于可育系,中期差异倍数更大,至后期不育系中表达低于可育系。以上结果说明4个基因参与了雌配子体游离核分裂,并在油松胚珠发育过程中起到重要的调控作用。
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