大麦杂种与亲本间基因差异表达分析

摘要

杂种优势是生物界普遍存在的十分重要的生物学现象，是作物品种改良中改善品质、增强抗性和提高产量的重要途径，已在水稻、玉米、油菜等许多作物中取得了良好的经济效益和社会效益。近年来分子标记技术的出现及广泛应用有力地推动了作物杂种优势的研究。本研究以大麦的4个不育系和大麦的2个恢复系及其按NCⅡ设计配制4×2=8个杂交种为材料，利用cDNA-AFLP技术检测杂交种与亲本间基因的差异表达，并结合试验材料田间农艺性状的杂种优势特征、配合力特性及遗传参数，从基因表达水平上探讨基因的差异表达与杂种优势的关系，对差异片段进行回收，回收片段经过二次PCR扩增后克隆、测序，对测序结果进行BLAST。研究的主要结果如下:
　　 1、试验所用的亲本在多数性状上具有显著的遗传差异，杂种F1的主要农艺性状和产量性状普遍存在杂种优势，大多数性状普遍存在离中亲优势(Hm)，且多数表现为正向显著，然而，显著的超优亲优势(Hb)的平均出现率仅为29.6％，其变化范围是0％～50％，随性状不同而异。亲本具有较高的一般配合力，多数性状的广义遗传力较高。因此本试验推荐的强优势组合是86F098×2001-1705R、沪1154×2001-1705R，弱优势组合是86-166×2001-1758R、绵684×2001-1758R。
　　 2、本研究利用cDNA-AFLP技术分析杂交种与亲本间基因的差异表达。结果显示，亲本与杂种间谱带类型主要包括共同表达型(P1P2F1)、P1表达型(P1)、P2表达型(P2)、F1表达型(F1)、P2F1表达型(P2F1)、P1F1表达型(P1F1)和P1P2表达型(P1P2)七种，其中后六种为亲本与杂种间的差异表达类型。其中差异谱带类型可以分为4种表达模式，分别为单亲显性表达型包括P2F1表达(P2F1)和P1F1表达(P1F1);单亲沉默表达型包括仅P1表达(P1)和仅P2表达(P2);杂种上调表达型即仅F1表达(F1);杂种下调表达型即仅P1P2表达(P1P2)。
　　 3、利用256对引物对试验材料进行选择性扩增，统计出了7901条可读条带，其中差异带4611条，差异率为58.4％，杂交组合和亲本之间存在着明显的基因表达差异，256对引物在8个不同亲本和杂种的组合中共扩增出亲本与子代表达一致的条带47150个，表达具有差异的条带约11665个，差异率为19.8％。其中亲本杂种共同表达和单亲显性表达两种表达类型的谱带最多，分别占总条带数的80.17％和11.34％，表明显性效应和加性效应占杂种优势的主要部分。杂种F1上调表达类型占1.76％，说明超显性效应在杂种优势效应中也起到一定的作用。由此可以看出，杂种优势是由显性效应、加性效应以及超显性性效应等多种效应共同作用的结果。
　　 4、回收的片段克隆测序后，BLAST结果显示，这些差异片段主要功能涉及:有效提高光合作用合成有机物及糖类物质运输的效率等光合作用方面、参与调控植物的生长发育及抗衰老等代谢方面、增强抗干旱和抗冻等适应逆境的抗性方面。这些基因可能与大麦的杂种优势形成有关。

目录

第一章 绪论

1 作物杂种优势的研究进展

1．1 作物杂种优势利用概述

1．2 大麦杂种优势的研究

1．3 杂种优势的度量

1．4 杂种优势机理研究

2 分子标记及其在植物杂种优势研究中的应用

2．1 RFLP技术与杂种优势

2．2 RAPD技术与杂种优势

2．3 SSR技术与杂种优势

2．4 AFLP技术与杂种优势

2．5 基因表达与杂种优势

3 差异表达基因的分离方法

3．1 mRNA差异显示技术

3．2 代表性差异分析技术(RDA)和抑制性扣除杂交技术(SSH)

3．3 基因表达的序列分析(SAGE)

3．4 微阵列技术

3．5 cDNA扩增片段长度多态性

4 cDNA-AFLP的原理及其应用

4．1 cDNA-AFLP技术的原理

4．2 cDNA-AFLP技术在植物育种上的应用

5 本研究的目的和意义

第二章 大麦杂种优势分析

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验设计

1．3 性状测定

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 亲本与杂种F1的性状表现

2．2 大麦杂种F1的杂种优势分析

2．3 大麦性状的遗传分析

3 小结与讨论

第三章 大麦杂种及亲本基因差异表达分析

1．材料与方法

1．1 试验材料及实验试剂

1．2 实验方法

1．3 统计分析

2 结果与分析

2．1 叶片总RNA

2．2 cDNA合成及酶切

2．3 预扩增体系筛选

2．4 大麦杂种与亲本基因差异表达的带型差异性分析

2．5 差异谱带的回收与克隆

2．6 测序结果

3 小结和讨论

3．1 影响cDNA-AFLP技术的因素及其在大麦上的建立优化

3．2 大麦杂种与亲本之间的基因差异表达

3．3 差异条带的回收及克隆

参考文献

附录

1．实验仪器设备和试剂

1．1 设备和仪器

1．2 试剂

2．所需药品配置

致谢

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