基于一个油菜超长角果突变体研究角果增大的分子机制

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油菜是我国重要的油料作物,是国产食用植物油的第一大来源。本研究前期获得了一个超长角果突变体Bnspt,展现出角果显著增大的表型,本研究基于Bnspt突变体进行角果增大分子机制的研究,主要研究结果如下:(1)为了初步调查超长角果突变体Bnspt角果增大的分子机制,选取Bnspt和CK的角果进行RNA-seq分析。结果发现共有2999个显著差异表达基因,其中上调基因2109个,下调基因890个。GO富集结果显示,差异基因富集数目最多的是“Biological Process”大类;KEGG富集通路显示,差异基因显著富集的数量最多的两个通路分别是Metabolic pathways和Biosynthesis of secondary metabolites。(2)进而,我们选择植物激素信号途径差异表达基因进行q-PCR分析,结果显示,生长素、细胞分裂素、油菜素内酯、脱落酸和赤霉素介导的途径中测试基因的表达量均发生显著性改变,建议在Bnspt中这些激素的信号转导途径在油菜角果大小的调控中均起作用。(3)进而,我们从转录组差异表达基因中发现了一个含有PIN结构域的基因Bn CPD。PIN结构域存在于动物中的ZC3H12A/B/C/D蛋白质超家族中,与细胞增殖相关。为了研究Bn CPD是否具有调控角果大小的功能,我们从油菜中成功地克隆了这个基因。进而,我们构建了Bn CPD的过表达载体并转化拟南芥。结果发现,Bn CPD过表达植株的的主根和角果显著增长和变大,且有提前开花的表型。(4)为了进一步探究这个基因的功能,我们分别创建了Bn CPD过表达和RNAi抑制表达的油菜转化植株。结果发现,过表达油菜植株表现出植株变大、提前开花、角果增大和种子变大的表型,与在拟南芥中的结果一致。进而,q PCR分析显示,测试的生长素、油菜素内酯、脱落酸和赤霉素相关基因的表达量均发生了显著性改变,建议在Bn CPD过表达植株中这些激素的信号途径可能参与了角果大小的调控。在拟南芥和油菜中的结果表明,Bn CPD在调控植物角果大小中起着重要的作用。进而,对Bn CPD的RNAi油菜转化植株的表型进行调查,结果显示,RNAi油菜植株表现出显著比CK矮小的表型,因为时间关系,我们以后将对RNAi油菜转化株系做进一步的研究。(5)另外,我们从转录组差异表达基因中挑选了另一个候选基因Bn CBS。敲除Bn CBS在拟南芥的同源基因展现出活性氧(ROS)积累不足,角果变小的表型。为了研究Bn CBS是否具有调控角果大小的功能,我们从油菜中克隆了这个基因,并且构建了Bn CBS的过表达载体转化拟南芥进行初步探究,结果发现过表达植株的主根和角果的长度没有显著性改变。DAB染色结果显示,Bn CBS的过表达植株ROS积累显著增加,表明Bn CBS可能参与了植物的氧化还原平衡。进而,我们创建Bn CBS的过表达和RNAi油菜转化植株,然而由于疫情原因实验耽搁,以后将做进一步的研究。
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