二球悬铃木成花诱导过程和不同生长阶段转录组学分析及开花相关基因功能研究
二球悬铃木成花诱导过程和不同生长阶段转录组学分析及开花相关基因功能研究
【摘要】： 二球悬铃木(Platanus acerifolia)是一种在世界上广泛应用的行道树以及重要的园林绿化树种。其生长迅速,树冠广大,遮阴效果好且极耐重剪,抗逆性强,故有“行道树之王”美称。但由于每年春季会飘落大量花粉,而在春夏季干燥果实种子携带大量种皮毛随风飘散,影响行人呼吸,并易导致皮肤瘙痒,过敏而给人们生活带来极大不便,造成了季节性污染。这些缺陷大大降低了其应用价值。本研究旨在通过转录组及表达谱测序技术,对成花诱导时期三个阶段以及处于不同生长阶段的悬铃木柄下芽中分生组织进行测序研究,挖掘与成花诱导以及生长阶段转换相关的基因。并通过对生长阶段转变以及花发育相关的关键基因进行基因功能研究,进一步增加我们对于二球悬铃木成花诱导以及生长阶段转变分子机理的了解。为人工调控花发育和生长阶段来培育新种质,以解决悬铃木落毛问题提供帮助。主要研究结果如下:1.以不同时期的二球悬铃木柄下芽以及叶片为材料,通过RNA-seq技术建立了悬铃木花发育时期参考转录组,获得了 60505条Unigene,并利用Nr、Nt、Swiss-Prot、GO、KEGG和COG对这些Unigene的功能进行了注释和分析。并对成花诱导阶段三个时期柄下芽进行了表达谱测序,并选出差异表达基因。对转录组中存在的开花相关以及MADS-box基因在成花诱导阶段三个时期的表达规律以及可能的功能进行了研究。探讨了激素相关基因与成花诱导的关系。通过结合分析表达趋势和以及筛选差异基因鉴定出可能与开花诱导相关的基因,并对其中的转录因子进行了进一步分析。2.对处于不同生长阶段的二球悬铃木柄下芽进行了表达谱测序。通过对多个株系共有差异基因分析,筛选出245个在生殖生长阶段上调表达基因,以及123个下调基因。通过分析开花相关基因在处于两种阶段悬铃木中的表达模式,找出了 4条可能调控生长阶段的开花相关基因。在差异基因中筛选出与生长阶段转换相关的23个上调表达转录因子以及10个下调表达转录因子,并对这些转录因子如何调控生长阶段转换进行了分析。3.从二球悬铃木中克隆出4条可能调控生长阶段转变的SPL3/4/5同源基因,即PaSPL3a/b/c/d。研究了这些基因对于悬铃木开花以及生长阶段转变中可能的功能。荧光定量实验发现4个PaSPL3基因在不同组织中的表达模式不同,但都在芽中高量表达。PaSPL3a/b/c基因在叶片中的表达随季节而变化,并且受到温度的调控。超量表达其中的3个PaSPL3基因可以促进拟南芥早花。但发现PaSPL3基因在不同生长阶段悬铃木柄下芽中的表达不存在差异。这表明PaSPL3基因在悬铃木中的功能可能与拟南芥SPL3基因存在差异。4.克隆了二球悬铃木中两个光周期开花途径关键因子CO同源基因(PaCOL1/2)。通过表达分析,发现PaCOL1/2基因在芽与根中的表达最高。PaCOL1/2都存在着一天内的节律表达现象,但表达模式不同,发现PaCOL2可能是悬铃木中FT,SOC1以及FUL同源基因的上游基因。PaCOL2在10月份表达量上升,而PaCOL1基因的表达不随季节而变化。进一步发现PaCOL2基因可以受到低温诱导而表达。PaCOL1基因在生殖生长阶段悬铃木中的表达比营养生长阶段低。超量表达PaCOL1/2基因并不引起拟南芥花期的改变。表明PaCOL1/2可能起到在芽中调控花发育的功能。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
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