大豆籽粒基因差异表达模式与杂种优势关系的研究

论文摘要

本论文采用NCII设计的4×5杂交组合为材料,测定了大豆农艺和品质性状的杂种优势,分析了杂交种与亲本之间基因差异表达的类型和比例及其与杂种优势表现的关系。在此基础上,选用在脂肪含量上具有明显优势的一个杂交组合2002系选×意3（代号为17×6）,克隆了18个杂交种与亲本之间差异表达的cDNA片段,并对这些片段进行了同源性比较与功能推测。以期为探讨大豆杂交种与亲本之间基因差异表达模式与杂种优势表现的关系提供有价值的信息。所得主要结果如下:计算了大豆不同组合的中亲优势（MPH）和超亲优势值（BPH）。结果发现,大豆存在明显的杂种优势。20个组合各个性状的MPH平均值分别为:株高为0.26%、节数为0.61%、分枝数为20.60%、单株荚数为28.78%、单株粒数为32.72%、虫食粒率为-15.68%、茎粗为12.99%、百粒重为7.75%、单株粒重为43.90%、脂肪为1.02%、蛋白质为-0.11%。其中茎拳H、百粒重和单株粒重的绝大多数组合杂种优势为正优势,而株高、节数和虫食粒率的多数组合为负优势,没有任何一个性状在20个不同组合中均为正值或负值。大豆各性状最大中亲优势出现在单株粒重3×12组合上,中亲优势为139.73%。20个组合各个性状的BPH平均值分别为:株高为-7.44%、节数为-4.14%、分枝数为-4.55%、单株荚数为14.67%、单株粒数为17.00%、虫食粒率15.14%、茎粗为7.28%、百粒重为3.42%、单株粒重为25.40%、脂肪为-3.64%、蛋白质为-2.98%。其中百粒重和单株粒重的绝大多数组合杂种优势为正优势,而株高、脂肪和蛋白质的绝大多数组合为负优势。大豆各性状最大超亲优势出现在单株粒重3×13组合上,超亲优势为117.45%。同时对大豆20个组合的农艺和品质性状进行了配合力分析。从一般配合力的角度看,只有株高、百粒重和蛋白质三个性状父母本的一般配合力同时达到了0.1水平以上的差异显著性。在母本方面,单株粒重、单株粒数达到了0.01水平上的差异显著性,单株荚数、茎粗、百粒重达到了0.05水平以上的差异显著性,株高、脂肪、蛋白质达到了0.10水平上的差异显著性;在父本方面,株高、节数、蛋白质达到了0.01水平上的差异显著性,百粒重达到了0.05水平上的差异显著性,分枝数达到了0.10水平上的差异显著性。从特殊配合的角度看,只有脂肪一个性状达到了0.01水平上的差异显著性,其它性状均不显著。采用mRNA差异显示技术,以大豆幼嫩籽粒为材料,分析了一套双列杂交组合的20个杂交种及其亲本之间的基因差异表达模式,并与11个农艺性状和品质性状杂种表现和杂种优势进行了相关分析。结果发现,杂交种和亲本之间都存在明显的基因差异表达。相关分析结果表明:基因差异表达模式与杂种性状的表现及杂种优势有一定的相关性。对6种不同差异表达模式和11个性状的杂重表现进行相关分析发现,株高、节数和单亲表达一致一型（110）呈极显著负相关（相关系数分别为-0.73**和-0.81**）,蛋白质和单亲表达一致一型（110）呈极显著正相关（相关系数为0.58**）;株高和单亲表达一致二型（011）呈极显著正相关（相关系数为0.62**）,茎粗、百粒重、单株粒重与单亲表达一致二型（011）呈显著负相关（相关系数分别为-0.44*,-0.45*,-0.47*）;节数与双亲共沉默型（101）呈极显著正相关（相关系数为0.71**）,蛋白质与双亲共沉默型（101）呈极显著负相关（相关系数为-0.62**）;茎粗与单亲表达沉默一型（100）呈显著负相关（相关系数为-0.55*）,脂肪与单亲表达沉默一型（100）呈显著正相关（相关系数为0.43*）。对于6种不同差异表达模式和11个性状的中亲优势（MPH）进行相关分析,在66个相关系数中有4个达到显著水平。其中,株高中亲优势和与单亲表达一致二型（011）呈显著正相关（相关系数分别为0.51*）;分枝数、单株粒数、单株粒重和单亲表达沉默二型（001）呈显著正相关（相关系数分别为0.46*,0.43*,0.47*）。对于6种不同差异表达模式和11个性状的超亲优势（BPH）进行相关分析,在66个相关系数中有11个达到显著或极显著水平。其中,株高、节数、蛋白质和单亲表达一致一型（110）呈极显著负相关（相关系数分别为-0.75**,-0.68**,-0.75**）;株高、虫食粒率、蛋白质和单亲表达一致二型（011）呈极显著正相关（相关系数分别为0.59**,0.60**,0.59**）;株高、节数、蛋白质与双亲共沉默型（101）呈显著正相关（相关系数分别为0.52*,0.54*,0.52*）;茎粗与单亲表达沉默一型（100）呈显著负相关（相关系数为-0.47*）,百粒重与单亲表达沉默一型（100）呈显著正相关（相关系数为0.47*）。本研究还克隆了18个在杂交种和亲本间差异表达的基因片段,进行了同源性比较与功能推测,这些差异表达基因包括:8种酶类,其中2个连接酶,2个脱氢酶,1个双加氧酶,1个内切核酸酶,1个解旋酶;1个酵母延长因子复合体,调节蛋白合成及促发凋亡作用;1个含缬酪肽蛋白,参与蛋白的降解及细胞周期的调控;1个细菌效应蛋白和植物中对应的抗性蛋白,参与植物的防御机制;1个TIP30/CC3基因,推测可能对植物抗病性有积极作用;其中1个尚不明确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 基因差异表达类型与杂种优势
• 1.2 调控基因表达与杂种优势
• 1.3 基因组杂合性与杂种优势
• 1.4 QTL与杂种优势
• 1.5 DNA甲基化与杂种优势
• 1.6 基因差异表达技术在作物杂种优势分子机理研究上的进展
• 1.6.1 在杂交小麦上的进展
• 1.6.2 在玉米杂种优势研究中的进展
• 1.6.3 在水稻杂种优势研究上的进展
• 1.7 国内外大豆杂种优势研究进展
• 1.8 研究的目的和意义
• 1.8.1 研究的基本依据
• 1.8.2 研究的基本内容
• 第二章 大豆杂种优势与配合力分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验设计与种植方法
• 2.1.3 取样与考查性状
• 2.1.4 测量方法
• 2.1.5 统计分析方法
• 2.1.6 分析模型
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 杂种优势分析
• 2.2.2 配合力分析
• 2.3 讨论
• 第三章 大豆籽粒基因差异表达模式与杂种优势关系
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 寡核苷酸引物
• 3.1.3 总RNA提取和纯化
• 3.1.4 cDNA合成和PCR扩增
• 3.1.5 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 杂种表现和杂种优势
• 3.2.2 大豆杂交种和双亲间的基因差异表达模式
• 3.2.3 基因差异表达模式和杂种表现的相关分析
• 3.2.4 基因差异表达模式和杂种优势的相关分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 杂交种和双亲间的基因差异表达
• 3.3.2 基因差异表达模式和杂种优势相关关系
• 3.3.3 每一种基因差异表达模式可能代表了对杂种优势形成有关的有相近生理功能的一簇基因
• 第四章 大豆亲本和杂种籽粒差异表达基因片段的回收、验证、克隆和功能推测
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 DDRT差异表达基因片段的展示
• 4.1.3 差异表达基因片段的回收及再扩增
• 4.1.4 差异表达基因片段的检测与再回收
• 4.1.5 差异表达基因片段的验证
• 4.1.6 差异表达基因片段的克隆
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 差异片段的回收及反向Northern验证
• 4.2.2 差异表达基因片段的同源性比较
• 4.3 讨论
• 4.3.1 杂种增强表达基因
• 4.3.2 杂种减弱表达基因
• 4.3.3 杂种单亲表达沉默基因
• 4.3.4 单亲表达一致基因
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介