油菜粒重差异的细胞学基础及基因表达分析

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目前对于甘蓝型油菜粒重的研究大多数集中在QTL定位上,而种子发育及其遗传调控路径的研究则相对缺乏。本研究利用两个粒重差异为20%的TSWA7a位点近等基因系,通过石蜡切片、DIC等技术,系统观察了两个材料种子形成过程中胚、胚乳以及种皮的发育,同时对两材料种子成熟过程中的每角果种子鲜重、每角果长等性状进行考察,以明确近等基因系间粒重差异发生的可能时期以及细胞学原因。在此基础上,对不同时期子房或种子转录组测序筛选出的差异表达基因进行了相对表达量分析,以为鉴定可能参与油菜粒重的候选基因提供参考。主要结果如下:  1.选取了12个时期对两材料的胚珠/种子发育进行了系统观察。对两材料5mm长的花蕾中子房内胚珠至授粉后3天共4个时期内的胚珠面积做了测量统计。结果显示大粒材料各个时期的胚珠面积均显著大于小粒材料,平均差异为20.39%。  2.利用石蜡切片技术观察了两材料授粉后5天至授粉后35天胚的发育过程,得到了甘蓝型油菜种子发育过程中胚发育的系列进程图。授粉后14天时油菜种子发育处于球形胚阶段,授粉后21天时胚柄已经退化消失;推测甘蓝型油菜的胚乳细胞化可能发生在授粉14天以后。利用DIC技术对两材料49dap成熟种子中胚外子叶的细胞大小进行了观察与统计,结果显示大粒材料的胚外子叶细胞平均大小是小粒材料的1.05倍,差异显著,推测两材料胚的差异可能是由细胞变大引起的。  3.对两材料种皮的发育过程进行了细胞学观察,统计了5mm花蕾子房内胚珠外珠被的细胞数目与大小。大粒材料最外层珠被平均细胞数目是小粒材料的1.25倍,而细胞大小是小粒材料的0.9倍,差异极显著,表明大粒材料珠被的差异主要由最外层珠被细胞数目增多造成的。  4.对两材料种子成熟过程中平均每角果种子鲜重、每角果鲜重、每角果皮鲜重以及每角果长的考察显示,授粉后14天至21天之间,各项生长性状的数据都在快速增加,此阶段是角果发育的重要生长阶段。授粉21天后每角果长几乎停止增长,结合甘蓝型油菜胚的发育过程,小粒材料的胚在授粉后28天时已经基本填充了大部分的种子结构,明显早于大粒材料28天时的胚填充程度,推测小粒材料的胚乳细胞化时期可能早于大粒材料。  5.依据RNA-seq分析结果,对16个差异表达基因进行了荧光定量分析验证。4个基因在大粒材料整个角果生育期中的表达量均低于小粒材料,有可能以负调控的方式参与粒重的调控;有4个差异基因在授粉后7天至14天或21天的重要生长发育阶段的表达量高于小粒材料,有可能以正调控的方式参与粒重的调控。
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