菊花花色嵌合体生物学特性及形成机理的研究

论文摘要

菊花（Chrysanthemum morifolium）是菊科菊属多年生宿根类花卉,世界四大切花之一,具有观赏、食用及药用等多种价值。菊花花色嵌合体花色形态多样,观赏价值较高,是菊花育种的重要品种资源,也是研究花色遗传规律、形成机理及调控机制的理想材料。本研究室发现的一种菊花花色嵌合体呈黄-紫双色嵌合表型,常规扦插繁殖能够保持嵌合性状,但对嵌合花色的形成机理尚不清楚。本研究以上述菊花花色嵌合体为实验材料,初步研究了该花色嵌合体的生物学特性与花色素主要成分,分析了嵌合花色相关的差异蛋白质组,并克隆了相关基因的cDNA序列,取得了以下实验结果。1.通过对菊花花色嵌合体生物学特性的调查与分析,初步探明菊花花色嵌合体在苏州地区8月初开始花芽分化,经60天左右完成分化过程,开花期（扦插至初花期中间的天数）为199天,嵌合花色可分为5种基本形态。在此基础上,采取园艺栽培措施进行处理,结果表明扦插日期及摘心次数对花色嵌合体的开花日期未见明显影响。2.应用形态学、栽培学及组织培养技术对供试材料的遗传稳定性进行了调查与分析,结果表明花色嵌合体植株占总株数的47.37%,纯黄色植株占52.63%;花色嵌合体植株中,不同形态的双色花占总数的70%;经花色嵌合体腋芽的离体培养,成功分离并固定了嵌合性状,得到了纯黄色花株系。3.以嵌合体不同花色花瓣的花色素提取液为实验材料,进行紫外-可见光光谱分析和类黄酮显色反应,初步探明黄色花瓣中花色素主要成分为查尔酮类物质,紫色花瓣中花色素主要成分是花色素苷和查尔酮类物质。4.采用SDS-PAGE电泳技术,从不同花色花瓣蛋白质中检测到了差异性条带,而其着生枝条的叶片蛋白质未见明显差异;进一步经IPG-IEF/SDS-PAGE双向电泳分析,结果检测到差异表达的蛋白质斑点139个,经MALDI TOF-TOF质谱分析,成功鉴定了其中10个蛋白质组分,分别涉及能量代谢、物质代谢及基因调控等相关生理过程;其中,花色素苷合成途径中的关键酶CHI在黄色花瓣中表达量明显高于紫色花瓣、而F3H在紫色花瓣中特异表达,推测可能与嵌合花色的形成及调控有关。5.根据花色素成分分析和差异蛋白质的鉴定结果,应用分子生物学实验技术,从菊花花瓣中克隆了CHI和F3H基因的cDNA序列;CHI基因的编码区序列为714 bp,编码237个氨基酸残基;同源性分析表明,与其它7种菊科植物的同源性为67-96%。F3H基因的编码区序列为1074 bp,编码357个氨基酸残基,同源性分析表明,F3H基因序列相当保守;CHI和F3H基因的克隆为进一步研究嵌合花色的形成机理奠定了实验基础。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 菊花开花生物学及花期调控研究进展
• 1.1.1 花芽分化的生理机制
• 1.1.2 花芽分化的形态学研究
• 1.1.3 影响菊花花期的相关因素及花期调控
• 1.2 菊花花色素生物合成及分子机理研究进展
• 1.2.1 菊花花色素的种类
• 1.2.2 花色素生物合成相关基因及蛋白质
• 1.2.3 花色素生物合成途径中的调节基因
• 1.2.4 菊花花色突变体的成因及分子机理
• 1.3 蛋白质组学研究在观赏植物中的应用
• 1.4 本研究的目的和意义
• 第二章 菊花花色嵌合体生物学特性及花色素成分的分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 花芽分化观察
• 2.1.3 花蕾发育进程调查
• 2.1.4 开花时期调查
• 2.1.5 扦插处理
• 2.1.6 摘心处理
• 2.1.7 花色素的紫外-可见光谱分析
• 2.1.8 类黄酮显色反应
• 2.1.9 腋芽培养
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 菊花花色嵌合体形态特征分析
• 2.2.2 嵌合性状的稳定性分析
• 2.2.3 花芽分化的动态变化
• 2.2.4 花蕾发育及开花进程
• 2.2.5 扦插时期对开花期的影响
• 2.2.6 摘心处理对花期的影响
• 2.2.7 花色素的紫外-可见光谱分析
• 2.2.8 类黄酮显色反应结果及花色素组成分析
• 2.2.9 嵌合性状的分离和固定研究
• 2.3 讨论
• 第三章 菊花花色嵌合体花色相关差异蛋白质的分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 植物材料
• 3.1.2 叶片和花瓣蛋白质的提取
• 3.1.3 叶片和花瓣蛋白质的SDS-PAGE
• 3.1.4 花瓣蛋白质的双向电泳
• 3.1.5 蛋白质点的质谱鉴定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 花瓣和叶片的蛋白质SDS-PAGE 分析
• 3.2.2 花瓣的蛋白质双向电泳分析
• 3.2.3 差异蛋白质的质谱鉴定与分析
• 3.3 讨论
• 第四章 菊花花色相关基因cDNA 克隆及分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 植物材料
• 4.1.2 引物设计
• 4.1.3 总RNA 的制备及cDNA 合成
• 4.1.4 目的片段的PCR 扩增
• 4.1.5 PCR 扩增片段的回收与连接
• 4.1.6 转化
• 4.1.7 重组质粒的筛选
• 4.1.8 测序
• 4.1.9 目的片段的生物信息学分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 总RNA 的提取
• 4.2.2 CHI 基因cDNA 序列的克隆及分析
• 4.2.3 F3H 基因cDNA 序列克隆及分析
• 4.3 讨论
• 4.3.1 菊花花瓣总RNA 的提取
• 4.3.2 CHI 基因与花色素形成的关系
• 4.3.3 F3H 基因与花色素形成的关系
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢