不同倍性达摩稗快繁体系建立及穗发育转录组比较

摘要

达摩稗（Echinochloa damo）属于C4型植物，原产地在日本，是稗属植物食用稗的一个变种，具有光合作用效率高、适应性广、营养价值高、抗逆性强等特点，适合于田间栽培；加倍后可以通过杂交将其有利基因转到农作物中，有望作为对农作物遗传改良的资源。本室通过加倍已成功获得同源四倍体达摩稗，但扩繁较为困难。为此，本实验以二倍体原种为对照，一是通过优化组织培养体系，建立不同倍性达摩稗快繁技术；二对不同倍性达摩稗主要农艺性状及生殖特性进行研究；三是利用RNA-seq技术对其穗发育早期转录组进行研究。主要研究结果如下：
　　（1）不同倍性达摩稗组织培养体系建立。通过设置不同培养基和激素配比等试验，结果发现以二倍体达摩稗成熟胚作为外植体，接种在N6+3.0mg·L-12,4-D的诱导培养基上诱导率最高，达到91.67%，最适分化培养基为1/2MS+0.5 mg·L-1NAA+2.0mg·L-16-BA，分化率达到88.33%，在增殖生根培养基MS上添加5.0 mg·L-16-BA时，芽丛的苗数和根数增殖最多。同源四倍体达摩稗在N6+3.0mg·L-12,4-D+0.5 mg·L-16-BA时具有最高诱导率为68%，而在各种分化培养基上，分化率极低，不适宜建立无性快繁体系。所以，只能通过种胚的直接培养获得幼苗。
　　（2）不同倍性达摩稗主要农艺性状和育性存在明显的差异。调查发现，同源四倍体植株相较于二倍体对照植株，前者株高平均为44.36cm，明显变矮；分蘖数为2.17；叶片直立且窄短、多倍体达摩稗的花粉育性与对照比较也明显较低：结实率平均为2.01%。通过气孔观察发现多倍体植株与对照植株相比，气孔增大可以通过气孔大小，判断不同倍性的植株。
　　（3）不同倍性达摩稗穗发育早期的基因表达谱研究。通过RNA-Seq技术分析不同倍性达摩稗穗发育早期的基因表达差异，结果表明：取穗发育早期的花药，用于RNA提取，进行RNA-Seq测序分析，测序结果达到后续组装分析的质量要求，证明测序结果可靠。将测序结果进行组装和基因注释之后，初步筛选出2501个差异表达基因，其中1092个上调，1409个下调，并对其进行系统的生物信息学分析。通过GO富集分析，发现如花粉发育调节、减数分裂重组等与生殖过程有关的基因差异表达；通过Pathway富集分析发现在植物信号转导、光合作用以及淀粉蔗糖代谢等代谢通路中一些关键基因下调表达，而这些基因的下调表达可能影响多倍体种子的发育，最后导致育性较低。利用荧光定量PCR技术，挑选了六个显著差异表达的基因进行定量验证，其结果与转录组测序的结果趋势基本一致。说明了RNA-seq的结果的真实性和可靠性。

目录

声明

1前言

1. 1 稗属研究进展

1.1.1 稗属的分类和研究进展

1.1.2 稗属育种利用

1.1.3稗属组培及植物快繁的研究

1. 2转录组学研究进展

1.2.1 转录本结构研究

1.2.2基因表达研究

1.2.3挖掘功能基因

1. 3本文的研究目的及意义

2试验材料与方法

2. 1不同倍性达摩稗快繁体系的建立

2.1.1供试材料

2.1.2实验方法

2.1.3统计与分析

2. 2多倍体鉴定及植株后代农艺性状检测

2. 3不同倍性达摩稗穗发育早期转录组分析

2.3.1材料

2.3.2方法

2. 4荧光定量PCR验证

2.4.1引物设计

2.4.2cDNA一链的合成

2.4.3实时荧光定量PCR引物的特异性检测

2.4.4荧光定量PCR操作步骤：

3结果与分析

3. 1培养基成分对不同倍性达摩稗组织培养的影响

3.1.1激素组合对达摩稗愈伤组织诱导的影响

3.1.2不同组合培养基对达摩稗愈伤组织分化的影响

3.1.3不同浓度6-BA对不定芽增殖的影响

3. 2多倍体与二倍体达摩稗农艺性状检测

3. 3不同倍性达摩稗穗早期转录组测序结果

3.3.1转录组测序数据组装

3.3.2基因注释

3.3.3差异表达基因筛选

3.3.3差异表达基因聚类分析

3.3.4差异表达基因功能注释和富集分析

3. 5荧光定量PCR验证

4讨论与结论

4. 1讨论

4.1.1不同倍性达摩稗快繁体系的建立

4.1.2不同倍性达摩稗穗发育早期转录组比较

4. 2结论

致谢

参考文献

附录A

附录B