红掌花香相关基因的筛选与DXR基因的表达分析

摘要

红掌（Anthurium andreanum）为天南星科（Araceae）花烛属（Anthurium Schott）多年生草本植物。其花形奇特、花色艳丽、花期持久且周年开花，市场前景广阔。但绝大多数红掌没有香味，相关分子机理研究甚少。因此，开展红掌花香性状的分子机理研究，对阐明红掌香气的生物合成和代谢调控机理，培育香型红掌品种具有重要意义。本研究以A.Mystral和A.Alabama及其杂交F1代为试验材料，通过感官鉴定，挥发物检测及转录组分析，筛选出红掌香气相关的候选基因，利用qRT-PCR技术进行验证并筛选出了香气物质合成代谢的关键基因，采用RACE技术获得A.Mystral和A.Alabama的DXR的cDNA全长，并对A.Mystral的DXR基因进行生物信息学分析。主要研究结果如下：
　　1.利用GC-MS技术检测出红掌香气物质主要为萜类和苯丙烷类。A.Mystral中含量最高为桉树脑（3.39μg·gFW·h-1），其次是苯甲醇、(+)-4-蒈烯、乙酸苄酯、苯甲酸、α-松油醇等，而A.Alabama中未检测出以上物质。
　　2.利用Illumina Hiseq2005技术对A.Mystral和A.Alabama的肉穗花序、根、茎、叶和佛焰苞等组织进行转录组测序，以这两种材料混合组装的结果为参考基因组，共得到79,735条Unigenes。生物信息学分析出7563个差异基因。KEGG分析结果显示，差异表达基因主要富集在核糖体、糖酵解/糖异生、萜类骨架生物合成、苯丙氨酸和脂肪酸等代谢途径中。在这些差异表达基因中，DXR、MCT、HDS、LIS、GPPS、PAL和P450为红掌香气物质合成相关的候选基因。
　　3. DXR基因在A.Mystral和A.Alabama的根、叶、佛焰苞组织和肉穗花序花苞期均低表达，在肉穗花序衰老期均表达，在肉穗花序雌蕊成熟2/3时期的表达差异显著，而其它6个基因在该阶段均无明显的差异表达。此外，DXR基因在有香气后代肉穗花序雌蕊成熟2/3时期高表达，无香气后代中低表达，表明DXR基因是红掌香气关键基因。
　　4.利用RACE技术从A.Mystral肉穗花序中扩增得到长度为482 bp的DXR5'端非编码区序列，479 bp的DXR3'端非编码区序列和1954 bp的cDNA全长，从A.Alabama的肉穗花序中扩增得到长度为581bp的DXR5'端非编码区序列，425 bp的DXR3'端非编码区序列和2009 bp的cDNA全长。A. Mystral和A. Alabama的DXR基因的编码序列全长均为1413 bp，编码470个氨基酸。A. Mystral和A. Alabama的DXR5'端非编码区存在明显差异，A.Mystral的上游非编码序列54 bp处比A.Alabama少9个bp碱基、在220 bp处少90个bp碱基，此外A. Mystral和A. Alabama的DXR基因所编码的氨基酸也存在着明显差异，A.Mystral中，DXR基因编码的第37个处赖氨酸和第461处亮氨酸，在A.Alabama中相对应的为甲硫氨酸和谷氨酰胺。这些差异可能是导致A. Mystral和A. Alabama有香和无香的原因。利用在线软件预测出DXR蛋白为亲水性蛋白，不存在信号肽，为非分泌蛋白，存在叶绿体中。与23种植物的DXR蛋白的氨基酸序列进行多重比对结果表明，香型红掌DXR氨基酸序列与Anthurium amnicola亲缘关系最近，其次是籼稻、麝香百合、水仙。而与芝麻、金鱼草、桂花、南非醉茄、烟草等亲缘关系较远。
　　通过上述研究，明确了有香红掌和无香红掌的香气物质和DXR基因差异，获得了香气基因DXR的cDNA全长，为进一步开展香气红掌的遗传研究和品种选育奠定了基础。

目录

声明

缩略词及其英汉对照

第1章 前言

1.1 研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 研究的技术路线

2.1 引言

2.2 试验材料和方法

2.3 结果与分析

2.4 小结

3.1 引言

3.2 材料和方法

3.3 基因结构分析

3.4 基因表达量分析

3.5 转录组数据整体质量评估

3.7 基因功能注释

3.8 小结

第4章 红掌香气候选基因DXR的鉴定和克隆

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4小结

第5章 讨论与结论

5.1 讨论

5.2结论

致谢

参考文献

附录