【摘 要】
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类胡萝卜素是地球上最丰富的天然色素之一,会赋予植物茎、叶、花和果实等器官橙色、黄色和红色等丰富的颜色。我们前期的研究结果表明甘蓝型油菜黄色花瓣中的类胡萝卜素以紫黄质为主。甘蓝型油菜类胡萝卜素双加氧酶4（Bna C3.CCD4）基因的编码区插入了1个CACTA型转座子,该基因的功能丧失导致其无法裂解类胡萝卜素,而具有正常功能的Bna C3.CCD4基因则会裂解花瓣中的类胡萝卜素而使花色由黄色变为白色
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类胡萝卜素是地球上最丰富的天然色素之一,会赋予植物茎、叶、花和果实等器官橙色、黄色和红色等丰富的颜色。我们前期的研究结果表明甘蓝型油菜黄色花瓣中的类胡萝卜素以紫黄质为主。甘蓝型油菜类胡萝卜素双加氧酶4（Bna C3.CCD4）基因的编码区插入了1个CACTA型转座子,该基因的功能丧失导致其无法裂解类胡萝卜素,而具有正常功能的Bna C3.CCD4基因则会裂解花瓣中的类胡萝卜素而使花色由黄色变为白色。然而Bna C3.CCD4基因对其它代谢通路的影响还有待进一步探索。另外,甘蓝型油菜中的CCD4一共有4个拷贝,分别为Bna A1.CCD4、Bna A8.CCD4、Bna C1.CCD4、Bna C3.CCD4。其中Bna C3CCD4优先在白花花瓣中表达,而其它三个拷贝优先在叶片中表达,在花瓣中表达量低甚至不表达。这4个拷贝在生物学功能上已经出现分化,但各个拷贝具体的酶活特性尚不清楚,并且与白菜Bra A1.CCD4、Bra A8.CCD4、拟南芥At CCD4的酶活是否发生分化也需要进一步研究。本研究通过对甘蓝型油菜Bna C3.CCD4转基因白花材料进行转录组和代谢组分析,探究Bna C3.CCD4对花瓣中其它生物学代谢通路的影响。同时利用对高世代Bna CCD4、Bra CCD4、At CCD4转基因油菜进行表型观察和SPME-GC-MS实验初步分析白菜、拟南芥和甘蓝型油菜中CCD4的裂解特性。主要结果如下:1.甘蓝型油菜CCD4转基因白花材料转录组及代谢组分析:对受体Westar黄花及转基因Bna C3.CCD4白花材料进行转录组和代谢组分析。根据转录组分析结果发现类胡萝卜素合成通路被显著富集,其中Bn A10g0411680（PSY）和Bn C03g0549220（LUT2）基因在白花中显著下调。同时还富集到了脱落酸相关通路,脱落酸合成基因Bn C03g0616530（ABA2）和代谢基因Bn C07g0821150（CYP707A1）表达量都在白花中显著下调,且Bn C07g0821150（CYP707A1）表达量下调程度更高,脱落酸含量可能得到积累。脱落酸信号转导通路中的负调控因子PP2C（Bn C05g0690620、Bn A05g0218090等）表达量大都在白花中显著下调,而脱落酸受体PYR/PYL（Bn C02g0501230、Bn C08g0841380等）表达量则是显著上调,脱落酸信号转导通路整体呈增强趋势。代谢组注释的差异代谢物包含了氨基酸、植物激素、脂质等,KEGG富集到的代谢通路包括氨基酸的合成/代谢、脂类代谢与嘧啶代谢等,都与转录组数据良好吻合,证明了转录组数据的可靠性。2.甘蓝型油菜CCD4转基因白花花瓣脱落酸含量及失水率测定:通过LC-MS测定Westar黄花及Bna C3.CCD4转基因白花花瓣中脱落酸含量,结果显示白花花瓣中脱落酸含量显著高于黄花3倍左右。同时对两组材料进行花瓣失水率实验,结果表明白花花瓣的失水率显著低于黄花。这说明白花保水力更强,花朵萎蔫速率要慢于黄花。3.甘蓝型油菜花瓣中At CCD4、Bra CCD4、Bna CCD4初步酶活分析:观察到不同转基因材料花色表型出现了明显的分化,Bna A1.CCD4、Bna C1.CCD4、Bra A1.CCD4转基因材料花瓣只能呈现淡黄色,而At CCD4、Bna A8.CCD4、Bna C3.CCD4、Bra A8.CCD4转基因材料花瓣完全呈现纯白色。这表明使花色变为淡黄色的CCD4可以分为一组,而使花色变为白色的CCD4为另一组,各组之间的酶活能力相近。本研究还分析了不同CCD4转基因材料花瓣的气体挥发物。发现转基因植株白花花瓣的挥发物中检测到了α-紫罗酮和β-紫罗酮,而淡黄色花瓣的挥发物中只检测到了α-紫罗酮,受体材料甲9707黄色花瓣的挥发物中没有检测到以上两种物质。结合花色表型以及SPME-GC-MS结果,可推测CCD4的主要裂解底物是δ-胡萝卜素和α-胡萝卜素。
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