马铃薯试管块茎形成有关的光敏感基因筛选与鉴定

【摘要】马铃薯(SolanumtuberosumL.)是世界第四大粮食作物,块茎是马铃薯植株的主要经济器官,研究块茎发育机理对于提高马铃薯的产量、改良马铃薯品质有重要作用。研究表明,日照时间长短对马铃薯块茎发育尤为关键,短日照促进块茎形成,而长日照则不能。马铃薯试管薯是在组织培养条件下,诱导腋芽形成的块茎。试管块茎在组织结构、生长发育的生理生化过程、遗传稳定性等方面与常规块茎相似,为研究马铃薯块茎形成提供了极大便利。本研究通过对25个光敏感候选基因进行长短日照2天的表达差异分析,筛选得到3个节律性较显著的目的基因。本研究采用转基因技术,初步了解到目的基因对马铃薯试管薯形成的影响,为下一步明确各基因对试管薯形成的关系、进一步研究光周期调控马铃薯块茎发育分子机理奠定基础。获得的主要结果如下：1)验证了25个候选基因长短日照2天的表达差异。通过qRT-PCR检测,验证DGE分析所得候选基因是否存在2倍及以上差异。对存在差异的8个基因进行长短日照2天里表达模式鉴定,筛选出3个节律性明显的基因,PGSC0003DMT400041156(命名为StPIF3),PGSC0003DMT400048370(命名为StGI),PGSC0003DMT400050252(命名为StTOC1)。2)比较上述三个基因在三种基因型材料E20、E26、E109中表达模式。E26属于光敏感材料,在长日照(16h光照,8h黑暗／天)下不结薯,在短日照(8h光照,16h黑暗／天)下结薯；E20和E109属于光不敏感材料,其中E109长短日照都结薯,E20长短日照都不结薯。通过表达分析发现,StPIF3在E26中短日照下表达类似信号传导,在E20和E109不具备这类表达模式；StGI在三种材料中短日照下均是光照时表达量上升,黑暗时表达量下降；StTOC1在三种材料中长日照下的表达都是先出现一个小高峰,然后出现一个大高峰。后两个基因都是节律性非常明显的基因。3)比较上述三个基因在三种基因型材料E20、E26、E109中序列差异。从各材料转录本中扩增目的基因,测序比对发现,各基因转录本序列相似性达到97%,说明各基因功能的保守性,也暗示这些基因的功能对植物生长发育重要性。4)通过转基因干涉株系初步验证StPIF3的功能。在StPIF3干涉株系中,StGI和StCO表达量降低,StSP6A表达量大幅度提高,说明StPIF3会影响这几个基因表达,暗示它们都处在StPIF3光信号传导通路上。其中StSP6A蛋白促进马铃薯结薯,因此说明StPIF3基因抑制马铃薯块茎形成。
【作者】王小欢；
【导师】柳俊；
【作者基本信息】华中农业大学，细胞生物学，2014，硕士
【关键词】试管薯；光周期；节律性基因；马铃薯转化；

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