基于RNA-seq的寒兰SSR标记开发和开花基因挖掘

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxhex2008
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兰科植物是最进化的单子叶植物类群,分布区域广,生态环境多样,形态、结构和生理特性均高度特异,是进行花发育研究的理想材料。寒兰(Cymbidium kanran)隶属于兰科(Orchidaceae)兰属(Cymbidium),是国兰家族的重要成员,具有唇瓣形态变异多样,四季开花和花期长等特点,被誉为“兰中之王”。然而,包括寒兰在内的兰科植物从种子到开花所需时间非常长,严重地制约了花发育的相关研究以及资源开发。目前试管开花的体系在很多兰科植物中已建立起来,但花芽诱导率及后续生殖生长情况还有待改善,并且试管开花的诱导增加了操作的成本和技术难度,所以寒兰开花分子机制的研究对其发展具有重要意义。本文拟对寒兰进行转录组De Novo测序,获得参考序列,然后对寒兰开花各个阶段的顶芽进行数字化基因表达谱(Digital gene expression profiling;DGE)分析,筛选差异表达的基因,再利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time reverse-transcription polymerase chain reaction;RT-qPCR)对所得的差异基因进行验证,初步揭示了寒兰开花的分子机制。研究结果为寒兰开花的分子调控机制奠定了基础,也为兰科植物的花期调控提供了依据。主要结果包括:1.利用Solexa/Illumina二代高通量测序平台,对寒兰根、茎、叶和花四部分混合样品进行转录组测序,得到有效序列108,927,860 nt,经过组装获得Unigene 68,699条,平均长度是867 nt。2.利用寒兰转录组文库中68,699条Unigene进行SSR位点分析,共获得位点11,646个,占16.95%。随机选取141对SSR引物,其中79对可以扩增出特异条带,扩增率达到56.03%,可以扩增出具有多态性条带的引物共15对,达10.64%。3.对寒兰三个时期的花芽进行DGE分析,通过对三个转录组数据库的比较,共获得23,720个差异表达基因,从中筛选出与成花过程有关的9个基因,分别为:CkFPA,CkGA2OX,CkGID1,CkCO,CkPHYB,CkELF3,CkFRI,CkFLC和CkAP1。4.通过RT-qPCR技术,验证9个差异表达基因在寒兰成花过程中的表达模式,发现其中CkFPA,CkGA2OX,CkCO,CkFLC和CkAP1 5个基因在寒兰开花过程呈现显著差异及规律的表达模式,表明其与寒兰开花密切相关。综上所述,寒兰成花是由自主途径、赤霉素途径、光周期途径和春化途径共同调控的,其中CkFPA,CkGA2OX,CkCO,CkFLC耦合CkAP1在成花过程中的高表达,诱导寒兰开花。本研究构建了高质量的转录组数据库,获得了寒兰开花候选功能基因,为进一步揭示寒兰开花时间调控机制奠定了基础,并可为寒兰早花分子育种提供丰富的基因资源,具有重要的理论和实践意义。
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