稻属异源四倍体花色苷合成途径中调控基因R的遗传多态性分析

摘要

花色苷是植物新陈代谢过程中产生的类黄酮物质,这种物质在控制植物器官着色、保护植物免受紫外线损伤、抵御低温、干旱等不良胁迫以及对抗微生物病原体的侵害等诸多方面均具有重要作用。花色苷生物合成受两类基因的共同控制,一类是结构基因,另一类是调控基因。调控基因编码转录因子,转录因子能够激活或者抑制结构基因的时空表达。花色苷合成途径中的R类基因是指具有碱性的螺旋-环-螺旋保守域的调控基因。该基因在禾本科中隶属小的基因家族,目前在水稻中已经发现有Ra和Rb两个类型。
　　稻属(Oryza L.)是禾本科(Gramineae)中的一个小属,仅包括24个物种,但其中过半的种类为异源多倍体,加之物种间复杂的基因组构成以及丰富的遗传多样性使其成为解决进化问题和提升水稻品质的双重模式体系。尽管大量的研究表明多倍化是植物进化的重要驱动力,但多倍化后特定调控基因将如何适应基因组加倍产生的冲击还是未知的研究领域。本文将聚焦稻属中分别具有BBCC和CCDD基因组的异源多倍体,对其花色苷合成途径下具有bHLH保守域的调控基因开展研究,以期揭示多倍化后,异源多倍体中调控基因在不同多倍体植物中的核苷酸多样性和进化动态,以及同源倍增组分在不同物种中的一般选择机制。具体研究内容如下:
　　1.通过分子克隆和测序分析,对具有BBCC基因组的物种,斑点野生稻(O. punctata)的R类基因的遗传多态进行了深入研究。结果表明,该物种的R基因在多倍化后发生倍增,在植物体内同时出现双亲B和C基因组的序列类型,并且来自两个亲本基因组的倍增组分似乎存在不一致的进化动力,其中来自C基因组的类型比来自B基因组的类型具有更高水平的遗传多样性。
　　2.通过对3个具有CCDD基因组的异源四倍体,高杆野生稻(O.alta)、大颖野生稻(O.grandiglumis)和阔叶野生稻(O.latifolia)的9个样品的R类基因进行研究,发现与BBCC基因组的多倍体不同,这些物种内仅保留一种R基因序列,通过和二倍体内相关基因组的进一步比对表明该R基因序列有可能是D基因组的序列类型;此外,3个多倍体物种的R基因在彼此之间具有较高的同源性(95.92％-98.99%),序列差异主要来自第十个内含子的长度变异。

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第一部分 综述

1.1 稻属植物研究背景简介

1.1.1 BBCC基因组的多倍体

1.1.2 CCDD基因组的多倍体

1.2 花色苷生物合成途径简介

1.2.1 植物花色苷生物合成途径

1.2.2 植物花色苷合成途径中的调控基因R基因

第二部分 材料和方法

2.1 植物材料

2.2 引物设计

2.3 实验方法

2.3.1总DNA提取

2.3.2 PCR扩增和纯化回收

2.3.3 克隆

2.3.4 序列测定

2.4 数据处理

2.5.1单克隆的PCR扩增

2.5.2 Eco52Ⅰ和XhoⅠ限制性内切酶消化的限制性片段差异

第三部分 研究结果及讨论

3.1 生物信息学分析结果

3.2总DNA的提取、PCR扩增、质粒酶切和DNA测序

3.3 稻属异源四倍体R基因片段的分子进化分析

3.3.1 稻属具有BBCC基因组四倍体R基因片段的遗传多样性

3.3.2 稻属具有CCDD基因组四倍体R基因的分子进化

3.4 讨论

参考文献

致谢