特色种皮高油酸花生种质创制及差异基因表达分析

摘要

花生是中国重要的油料作物和经济作物。目前在实际生产中，高油酸花生均为粉色种皮，外观表型与普通油酸花生无异。在大规模种植收获、油脂加工厂的花生原料选购等过程中容易造成人为混杂，导致花生制品的油酸含量降低。特色种皮高油酸花生种质在表型上与常规品种易于区分，这对高油酸花生深加工企业具有极大的实用性。花生种皮含有大量的黄酮类物质、原花青素和白黎芦醇等，具有抗癌，清除自由基，抑制细菌等作用。深色种皮较常规粉色种皮，色素含量、不饱和脂肪酸含量以及氨基酸含量都较高。因此，创制具有特殊种皮颜色的高油酸花生新种质对高油酸花生育种具有极其重要的意义。本研究以粉色种皮高油酸花生G63与紫白花斑种皮普通油酸花生VG-01，粉色种皮高油酸花生G110与紫色种皮花生V-01为材料，配制杂交组合，结合等位基因特异性(Allele-Specific PCR，AS-PCR)分子标记、气相色谱检测及室内考种创制特色种皮高油酸花生新材料。同时利用差异显示技术(Differential-Display Reverse Transcription PCR，DDRT-PCR)方法和RNA-Seq的方法对紫白花斑种皮花生VG-01非着色区和着色区的种皮品间差异基因进行定量表达分析。本试验主要研究结果如下:
　　1.获得遗传稳定的紫色种皮高油酸新种质4份，ZG9-6-2-7、ZG9-6-2-8、ZG9-6-16-5和ZG9-6-18-1。高油酸新种质较对照冀花2号单株果数增加360％～500％，单株果重增加443.84％～507.13％，单株仁重增加436.51％～482.25％。较母本G110单株果数增加228.57％～328.57％，单株果重增加152.98％～182.42％，单株仁重增加185.02％～209.32％。较父本V-01单株果数增加37.04％～122.22％，单株果重增加70.60％～90.45％，单株仁重增加40.17％～52.12％。油酸GC值分别为80.66％、81.23％、81.95％和82.63％。
　　2.获得遗传稳定的红白花斑种皮种皮高油酸新种质5份，HG6-47-13-7、HG6-77-6-2、HG6-77-6-3、HG6-79-2-3和HG6-79-2-7。高油酸新种质较对照冀花2号，单株果数增加150.00％～450.00％，单株果重增加160.26％～230.02％，单株仁重增加178.19％～249.39％。较母本G63，单株果数除6-79-2-7减少3.85％外其余增加19.23％～111.54％，单株果重除6-47-13-7增加5.36％外，其余分别减少4.02％～16.92％，单株仁重除6-79-2-7增加9.02％外，其余减少1.08％～9.46％。较父本VG-01，单株果重增加56.63％～98.61％，单株果数增加38.89％～144.44％，单株仁重增加60.60％～101.70％。油酸GC值分别为80.54％、81.75％、80.63％、81.3％和81.56％。
　　3.花生紫色种皮性状由1对差异基因控制，在α=0.05水平上紫色花生∶粉色花生符合基因的分离规律3∶1，当基因处于显性状态时，种皮表现为紫色，当基因为隐性纯合时，种皮表现为粉色。而花生紫白花斑种皮性状由2对互补隐性核基因控制，在α=0.05水平上纯色花生∶花斑花生符合基因的互补规律9∶7。当两对基因同时处于显性时，种皮表现为纯色;当两对基因至少有一对为隐性纯合时，种皮表现为花斑性状。
　　4.33紫白花斑种皮非着色区A1和着色区A2存在571bp差异序列，与蚕豆、大豆及鸡血藤黄皮的线粒体基因组同源性分别高达为95.7％、95.7％和95.3％。花生花斑种皮不同着色区域存在421个差异表达基因序列，涉及96个代谢通路，在类黄酮生物合成途径中，涉及查尔酮合酶、二氢黄酮醇还原酶、MYB类及BHLH类转录因子。A1与A2在生物调节、细胞过程、基因定位、新陈代谢以及刺激代谢等存在差异基因。花青素代谢途径的相关差异基因参与黄酮生物合成，涉及查尔酮合成酶、二氢黄酮醇还原酶、MYB类及BHLH类转录因子等基因。
　　本研究创制具有特殊种皮颜色的高油酸花生新种质以及特色种皮高油酸花生高效育种体系的构建，对河北省高油酸花生育种具有极其重要的意义;紫色及花斑种皮遗传模式的分析及色素相关基因差异表达的明晰为进一步明确花生种皮遗传机制以及花斑种皮形成的分子机制提供理论支撑。

目录

声明

摘要

缩略词

1 引言

1．1 高油酸育种的主要途径

1．1．1 突变育种

1．1．2 常规杂交育种与回交育种

1．1．3 分子标记辅助选择育种

1．2 花生高油酸性状的遗传特点

1．2．1 高油酸性状的经典遗传学研究

1．2．2 高油酸的分子遗传学研究

1．3 花生脂肪酸含量的遗传规律及测定

1．3．1 脂肪酸含量的杂种优势和配合力

1．3．2 花生脂肪酸各组分之间的关系

1．3．3 花生脂肪酸含量的测定

1．4 种皮颜色代谢机制分析

1．4．1 花生种皮色泽发育

1．4．2 不同花生种皮色泽的品质性状

1．4．3 种皮颜色的代谢机制

1．5 花生种皮颜色遗传分析

1．6 差异分析表达技术

1．6．1 mRNA差异显示技术

1．6．2 转录组测序技术

1．7 本研究的内容和意义

2．1．1 试验材料

2．1．2 仪器与试剂

2．1．3 不同世代单株基因型的AS-PCR检测

2．1．4 遗传规律的分析及验证

2．1．5 花生农艺性状调查

2．1．6 花生油酸亚油酸的检测

2．2 紫白花斑种皮差异表达分析

2．2．1 植株材料

2．2．2 仪器和试剂

2．2．3 体视显微镜观察

2．2．4 DDRT-PCR扩增

2．2．5 差异片段的回收、连接转化及测序

2．2．6 差异片段的生物信息学分析

2．2．7 转录组RNA-Seq测序

3 结果与分析

3．1 杂交后代F1真假杂种的鉴定

3．2 F2代_ol1_ol2单株的鉴定

3．3 F2：3家系种皮颜色遗传学分析

3．3．1 紫色种皮颜色遗传分析

3．3．2 花斑种皮颜色遗传分析

3．3．3 种皮花斑性状遗传规律的验证

3．4 F3单株的基因型分子鉴定

3．5 F4种子的气相色谱检测

3．6 高油酸新种质的筛选

3．6．1 高油酸新种质的植株性状

3．6．2 高油酸新种质的荚果性状

3．7 紫白花斑种皮体视显微镜观察

3．8 DDRT-PCR差异分析

3．9 转录组测序结果

3．9．1 Clean read比对分析

3．9．2 差异表达定量分析

3．9．3 差异表达基因GO富集分析

3．9．4 差异表达基因Pathway分析

4 讨论

4．1．2 高油酸花生的高效鉴定

4．2 花生种皮颜色遗传规律的研究

4．3 特殊种皮颜色花生新品系的选育

4．4 花斑种皮颜色差异表达

5 结论

参考文献

附录

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢