BnaA.BAN.a调控甘蓝型油菜种皮色素成分的研究

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BANYULS(BAN)是原花青素合成途径中的重要结构基因,主要编码花青素还原酶,这种花青素还原酶可以将花青素还原成原花青素。目前,拟南芥中AtBAN基因在种子类黄酮合成途径中的分子机理研究得较为清楚,该基因的突变可使拟南芥种皮颜色变浅。但该基因在甘蓝型油菜中功能还未进行深入的研究。本实验基于前期黄、褐籽甘蓝型油菜不同发育时期种子的数字基因表达谱分析,筛选获得了黄、褐籽甘蓝型油菜差异表达基因。我们重点关注类黄酮合成路径的差异表达基因,发现该路径的多个基因的表达量发生了变化,其中BnBAN的一个拷贝在黄籽中发生明显下调表达。本文拟通过过表达和RNA干扰等技术了解甘蓝型油菜中BnBAN基因对油菜种皮色素成分的影响,为探究甘蓝型油菜种皮色泽变异奠定基础。通过生物信息学的分析发现BnBAN基因在甘蓝型油菜中具有四个拷贝,其中a、b拷贝编码的氨基酸数目和蛋白的分子量是一致的。通过对芸苔属作物和拟南芥中BnBAN基因的系统进化树分析,发现BnBAN基因在芸苔属作物和拟南芥中的同源性较高,达到了88.70%。因此,我们对BnBAN基因的调控机制进行研究时可以参照拟南芥中的研究方法。通过对甘蓝型油菜中不同组织的qPCR检测,发现BnaA.BAN.a基因在油菜不同组织中的表达量有明显差异,在花苞中表达量最高,而在根中的表达量最低;通过对授粉后36周种子中该基因的qPCR表达分析发现,种子中BnaA.BAN.a基因的表达量是逐渐上升的,在第6周基因的表达量达到最大值。这样我们就了解了BnaA.BAN.a在不同组织和种子发育不同时期的基因表达模式,为研究上游转录因子的调控机制提供了基础。另外通过研究BnaA.BAN.a表达蛋白在烟草中的亚细胞定位情况,我们发现BnaA.BAN.a在烟草表皮细胞的细胞膜、细胞核中均有荧光,这为研究BnnA.BAN.a编码的蛋白功能提供一个细胞学上的参考。但是这只是在异源植物中进行研究,要准确确定BnnA.BAN.a蛋白是在细胞核与细胞膜中表达,还需要在甘蓝型油菜的原生质体中进行具体研究。。由于甘蓝型油菜中没有ban突变体,所以本文将采用RNAi的方法降低甘蓝型油菜中BnaA.BAN.a的基因表达量,从而研究BnaA.BAN.a在甘蓝型油菜色素成分积累中的调控作用;本文同时构建了BnaA.BAN.a基因的过表达载体。通过农杆菌介导法将过表达载体与干扰载体转化甘蓝型油菜品种扬油9号,通过潮霉素筛选标记的PCR鉴定和内源基因的荧光定量PCR检测,确定转基因株系中的阳性植株。本研究共获得BnaA.BAN.a的T0代过表达植株7棵、干扰植株4棵。且通过qPCR分析发现BnaA.BAN.a过表达植株中有5株的表达量显著上调,上调倍数达6-12倍;BnaA.BAN.a的RNAi植株中的表达量均下调,下调倍数达2-10倍。通过对T1代转基因植株的多酚类物质的测定发现,T1代转基因植株种子中不溶性原花青素的含量随着BnaA.BAN.a基因表达量上调而有所增加,而可溶性多酚的含量出现相反的趋势;但是当该基因的表达量下降时,却没有出现明显的下降趋势,推测可能存在其他不溶性原花青素的合成途径。在T1代转基因植株的叶子中发现基因的表达量上升或者下降之后,不溶性原花青素的含量却发生了明显的下降,推测叶片中不溶性原花青素的合成调控模式可能和种子中存在差异。为了解BnaA.BAN.a表达差异对类黄酮合成途径中其他基因及油脂合成代谢相关基因的影响,我们对12个结构基因和转录因子的表达量进行了分析,发现转基因材料与野生型相比上述基因的表达量均出现了差异。以上研究为揭示BnaA.BAN.a调控甘蓝型油菜色素成分的机制提供了实验基础。
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