红豆杉紫杉烷代谢突变体筛选和连锁图谱构建

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zxsa0519
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南方红豆杉(Taxus Chinensis var. mairei)为红豆杉科(Taxus)红豆杉属(Taxus)古代孑遗多年生木本植物,雌雄异株,具有重要的观赏价值、药用价值、经济价值和科研价值,野生资源受到保护,其资源利用主要靠人工种植发展人工林。红豆杉属植物是遗传学研究和基因组信息比较缺乏的物种,可以有效利用的遗传标记数目非常少。本研究以南方红豆杉胚乳为起始材料培养南方红豆杉单倍体愈伤组织,并通过相同母本胚乳组织获得红豆杉单倍体愈伤组织细胞系(TH)群体;以南方红豆杉种胚为材料研究了影响南方红豆杉种胚试管苗培养的因素,并通过胚和试管苗获得南方红豆杉半同胞群体,同时建立LC-ESI-MS技术调查TH群体和半同胞群体10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ、巴卡亭Ⅲ、三尖杉宁碱和紫杉醇这4种紫杉烷类化合物的含量差异;以现有公共EST数据库、fosmid文库和转录组数据为基础进行红豆杉大规模的SSR分子标记挖掘;基于开发的EST-SSR标记用于南方红豆杉半同胞群体遗传多样性分析;基于开发的遗传标记构建EST-SSR标记连锁图谱框架。本研究对提高红豆杉的分子育种水平,提高选择效率具有重要的理论意义和现实指导意义。主要结论如下:1.以无菌水浸泡南方红豆杉种子3天,接种到B5+2,4-D2.5mg·L-1+6-BA0.5mg·L-1+蔗糖30g·L-1+琼脂6g·L-124℃暗培养条件下培养,胚乳愈伤组织发生率为70.89%,经过流式细胞仪检测为单倍体,红豆杉雌株基因组大小为23.28pg(2C);2.以无菌水浸泡南方红豆杉种子3~5天后剥离种胚接种在BLG+活性炭5g·L-1+蔗糖30g·L-1+琼脂6g·L-124℃培养40后可成苗;处理的种胚接种在BLG+2,4-D2.5mg·L-1+6-BA0.5mg·L-1+蔗糖30g·L-1+琼脂6g·L-124℃暗培养可以形成质地疏松、生长迅速的胚源愈伤组织;试管苗接种在BLG+2,4-D2.0mg-L-1+6-BA0.5mg·L-1+蔗糖30g·L-1+琼脂6g·L-124℃暗培养可以形成质地疏松、生长迅速的胚源愈伤组织;3.应用LC-ESI-MS技术检测了99个半同胞二倍体和27个TH个体发现,不同个体间4种化合物代谢能力存在显著差异,其中2012-32和2012-197两个细胞系紫杉醇含量分别为53.30mg·100g-1和60.78mg·100g-1,仅1个TH个体EH-17检测到低含量的紫杉醇(0.48mg·100g-1);4.对NCBI网上公布的510条EST序列、1923条fosmid文库序列和4个种的红豆杉转录组数据进行拼接组装和分析,成功构建了红豆杉属植物Unigenes数据库,发现红豆杉EST数据库冗余为24.12%、fosmid文库为68.90%、转录组数据为37.92~99.30%:5.红豆杉EST数据库共检测到12个SSR位点,发生频率为3.10%,以六核苷酸重复(41.67%)为主;fosmid文库检测到96个SSR位点,发生频率为4.32%,以二核苷酸重复(51.04%)为主;南方红豆杉转录组数据库共检测到2160个SSR位点,发生频率为2.24%,以三核苷酸重复基序(37.08%)和六核苷酸重复基序(38.56%)为主;6.通过比较欧洲红豆杉、东北红豆杉、日本红豆杉和南方红豆杉转录组SSR分布情况发现,基于454NGS平台转录组测序数据SSR发生频率和平均发生密度高于Illumina测序数据。AG/CT和AT/AT是主要的二核苷酸重复基序,CG/CG和CCG/CGG重复基序比重小;7.从设计的SSR引物中筛选了196对,SSR-PCR验证有105对产生有效扩增,94对表现为多态性引物,有效扩增率和多态性引物比率分别为53.57%和48.98%;分别有9对欧洲红豆杉和2条日本红豆杉EST-SSR标记可转移到南方红豆杉;8.利用94对EST-SSR引物标记对96个南方红豆杉半同胞群体遗传多样性进行了研究。多样信息指数(PIC)指数为0.06~0.69之间,平均0.56,其中有55个标记PIC>0.25;基因多样性指数(H)在0.02~0.50之间,平均0.39;群体期望杂合度(He)和无偏差期望杂合度(uFe)在0.18~0.50,平均0.39;F统计量(Fo)和平均F统计量(u Fo)变幅在0.50~0.98和0.77~0.84之间,平均分别为0.61和0.81;聚类分析和PCoA(主成分分析)均表明红豆杉树种在特定条件下自然授粉习性具有王权结构特点;9.52对EST-SSR标记190个TH群体得到了由23个连锁群构成的覆盖基因组范围213.00cM的连锁图谱,标记间平均距离为4.63cM;21个SSR标记发生偏分离,其中12个呈簇分布在LG1连锁群,6个呈点分布于6个连锁群。
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