论文部分内容阅读
大白菜（Brassica rapa ssp.pekinensis）属于十字花科芸薹属，是我国栽培面积最大和总产量最高的蔬菜作物之一。植物种质资源作为品种改良的物质基础尤为重要。本研究对EMS诱变后M6代生物钟长周期突变体lcc-1、野生型‘A03’、F1、F2、B1和B2群体进行田间表型调查，并对下胚轴长度和开花时间两个突变性状进行遗传分析，同时结合大白菜苗期生物钟相关基因的表达节律，旨在为植物种质创新、新品种选育和功能基因挖掘提供数据支持和基础材料。在本研究中，野生型‘A03’的生物钟以24h为周期，lcc-1较野生型延长1.43h，有关大白菜生物钟长周期突变体生物钟相关基因的表达还少有报道。主要研究结果如下:
1.生物钟突变体lcc-1及其野生型的下胚轴、株高、株展、最大外叶长、现蕾时间和开花时间等性状均表现为显著或极显著差异。(1)lcc-1为长下胚轴，平均长度3.91cm，WT为短下胚轴，平均长度2.22cm，差异极显著;(2)突变体植株矮小:lcc-1平均株高30.46cm，WT平均株高49.08cm，lcc-1平均开展度53.10cm，WT平均开展度78.59cm，lcc-1平均最大外叶长24.50cm，WT平均最大外叶长37.04cm,lcc-1平均中肋长度15.10cm，WT平均中肋长度22.90cm，以上表型lcc-1均较WT明显矮小，差异极显著;(3)突变体比野生型晚花:在自然春化条件下，lcc-1平均现蕾时间77.1天，WT平均现蕾时间75.0天，lcc-1平均开花时间98.15天，WT平均开花时间93.4天，lcc-1的现蕾和开花均较WT晚。
2.下胚轴长度性状符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因遗传模型。在F2群体中，两对主基因遗传率最高，为73.0739％。在B1群体中两对主基因遗传率低于50％，为42.5656％。在B2群体中两对主基因遗传率为59.6401％;在自然春化条件下，lcc-1表现为晚花，WT和F1表现为早花，可见晚花为隐性。F2群体的早花和晚花比例接近3∶1，推测晚花性状为单基因隐性遗传。这说明EMS诱变导致某一开花相关基因发生了突变，从而引起突变体晚花。
3.在两天长日照条件下，通过qRT-PCR分析大白菜lcc-1和野生型生物钟核心基因(BraCCA1、BraLHY、BraTOC1、BraPRR9/7/5、BraELF3/4、BraLUX、BraGI及不同拷贝，共18个基因)转录水平的表达特性。(1)除了BraELF3两个拷贝基因无昼夜节律，其他16个基因均有昼夜节律。(2)BraTOC1两个拷贝基因在突变体中转录水平的表达量峰值显著高于野生型，推测BraTOC1基因的表达量升高与lcc-1突变体中的突变基因有关，进而影响了生物钟周期;(3)BraPRR5-6、BraELF4-5和BraPRR7-2表达的昼夜节律相位在lcc-1和WT中出现差异，这种变化可能与lcc-1突变体生物钟周期延长有关;(4)lcc-1突变体中BraGI表达量峰值的时间较野生型延迟，这可能是导致该突变体晚花表型的主要原因。
4.在长、短日照条件下，生物钟核心基因（同3）的表达结果:(1)除了BraPRR7-10、BraPRR5-9以及BraELF3两个拷贝基因，大部分生物钟相关基因在短日照条件下的表达量高于长日照条件;(2)在长、短日照条件下，BraCCA1和BraLHY均在早晨出现高峰，傍晚表达量最低，与BraTOC1两个拷贝的基因相互抑制;(3)BraPRR9、BraPRR7、BraPRR5在长、短日照下的表达峰值无差异，其表达时序与拟南芥PRRs基因依次延迟表达略有不同;(4)BraELF4三个拷贝的基因在长日照条件下，均为光照12h达到表达的高峰，而在短日照条件下，表达峰值在黑暗来临时，推测BraELF4基因表达受光受体介导的相关信号途径的调控;(5)BraL UX两个拷贝的基因在长、短日照条件下，其表达高峰均出现在ZT12，表达峰值出现的时间无差异;(6)突变体的BraPRR5-6在长日照条件下表达延迟，这可能与突变基因影响了BraPRR5-6的表达有关。这也说明了不同拷贝基因在长、短周期下的表达存在差异，在节律调节中发挥着不同的作用。该研究为进一步鉴定突变基因提供了证据，也为揭示生物钟相关基因对不同光周期的适应性反应以及生物钟核心基因调控大白菜表型性状的机制奠定了基础。
1.生物钟突变体lcc-1及其野生型的下胚轴、株高、株展、最大外叶长、现蕾时间和开花时间等性状均表现为显著或极显著差异。(1)lcc-1为长下胚轴，平均长度3.91cm，WT为短下胚轴，平均长度2.22cm，差异极显著;(2)突变体植株矮小:lcc-1平均株高30.46cm，WT平均株高49.08cm，lcc-1平均开展度53.10cm，WT平均开展度78.59cm，lcc-1平均最大外叶长24.50cm，WT平均最大外叶长37.04cm,lcc-1平均中肋长度15.10cm，WT平均中肋长度22.90cm，以上表型lcc-1均较WT明显矮小，差异极显著;(3)突变体比野生型晚花:在自然春化条件下，lcc-1平均现蕾时间77.1天，WT平均现蕾时间75.0天，lcc-1平均开花时间98.15天，WT平均开花时间93.4天，lcc-1的现蕾和开花均较WT晚。
2.下胚轴长度性状符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因遗传模型。在F2群体中，两对主基因遗传率最高，为73.0739％。在B1群体中两对主基因遗传率低于50％，为42.5656％。在B2群体中两对主基因遗传率为59.6401％;在自然春化条件下，lcc-1表现为晚花，WT和F1表现为早花，可见晚花为隐性。F2群体的早花和晚花比例接近3∶1，推测晚花性状为单基因隐性遗传。这说明EMS诱变导致某一开花相关基因发生了突变，从而引起突变体晚花。
3.在两天长日照条件下，通过qRT-PCR分析大白菜lcc-1和野生型生物钟核心基因(BraCCA1、BraLHY、BraTOC1、BraPRR9/7/5、BraELF3/4、BraLUX、BraGI及不同拷贝，共18个基因)转录水平的表达特性。(1)除了BraELF3两个拷贝基因无昼夜节律，其他16个基因均有昼夜节律。(2)BraTOC1两个拷贝基因在突变体中转录水平的表达量峰值显著高于野生型，推测BraTOC1基因的表达量升高与lcc-1突变体中的突变基因有关，进而影响了生物钟周期;(3)BraPRR5-6、BraELF4-5和BraPRR7-2表达的昼夜节律相位在lcc-1和WT中出现差异，这种变化可能与lcc-1突变体生物钟周期延长有关;(4)lcc-1突变体中BraGI表达量峰值的时间较野生型延迟，这可能是导致该突变体晚花表型的主要原因。
4.在长、短日照条件下，生物钟核心基因（同3）的表达结果:(1)除了BraPRR7-10、BraPRR5-9以及BraELF3两个拷贝基因，大部分生物钟相关基因在短日照条件下的表达量高于长日照条件;(2)在长、短日照条件下，BraCCA1和BraLHY均在早晨出现高峰，傍晚表达量最低，与BraTOC1两个拷贝的基因相互抑制;(3)BraPRR9、BraPRR7、BraPRR5在长、短日照下的表达峰值无差异，其表达时序与拟南芥PRRs基因依次延迟表达略有不同;(4)BraELF4三个拷贝的基因在长日照条件下，均为光照12h达到表达的高峰，而在短日照条件下，表达峰值在黑暗来临时，推测BraELF4基因表达受光受体介导的相关信号途径的调控;(5)BraL UX两个拷贝的基因在长、短日照条件下，其表达高峰均出现在ZT12，表达峰值出现的时间无差异;(6)突变体的BraPRR5-6在长日照条件下表达延迟，这可能与突变基因影响了BraPRR5-6的表达有关。这也说明了不同拷贝基因在长、短周期下的表达存在差异，在节律调节中发挥着不同的作用。该研究为进一步鉴定突变基因提供了证据，也为揭示生物钟相关基因对不同光周期的适应性反应以及生物钟核心基因调控大白菜表型性状的机制奠定了基础。