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甘蓝型油菜华油杂6号及其亲本的基因差异表达研究

作　者: 沈俊儒
导　师: 杨光圣
学　校: 华中农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 甘蓝型油菜(Brassica napus) 拟南芥cDNA芯片华油杂6号杂种优势
分类号: S565.4
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

杂种优势利用可以提高作物产量，节约土地资源，并创造了巨大的经济和社会效益，是遗传学应用于实践最成功的范例之一。杂种优势的遗传学基础已经争论了将近一个世纪，显性假说认为，杂种优势来源于等位基因的显性效应，和非等位基因间显性效应的累积作用；超显性假说则认为，杂合等位基因的互作导致了杂种优势（Bruce，1910；Shull，1908；Jones，1917）。生物技术的发展为直接在基因组水平上研究杂种优势机理提供了基础。Stuber等认为，超显性是玉米杂种优势形成的主要原因；Xiao等（1995）认为显性作用是水稻杂种优势形成的遗传基础，Yu等（1997）和Hua等（2003）认为上位性在杂种优势形成过程中起重要作用。这些研究延续了显性假说和超显性假说的争议，没有形成杂种优势机理一致的遗传学解释。从基因组水平上看，杂种的全部基因都来自双亲，杂种中并未产生新的基因。因此杂交种所表现出的杂种优势应与基因表达水平上发生变化有关，这可能成为认识杂种优势分子机理的一条新途径（孙其信等，1998）。应用mRNA差异显示技术，胡建广等（1999）和孙其信等（2004）分别探讨了水稻、小麦基因表达与杂种优势的关系，都认为基因差异表达与作物杂种优势有密切的关系。随着基因芯片技术的应用，大规模平行研究基因表达已经成为可能，这种技术能够揭示基因表达的数量变化，可以反映基因表达的时空变化规律，对于研究杂种优势有较强的应用前景（Kehoe et al．，1999）。华油杂6号是利用不育系8086A和恢复系7-5配制的高产、优质、抗倒伏、早熟、适应性广的甘蓝型杂交油菜新品种。该组合芥酸含量0.4％，硫苷含量27.78μmol．g^-1，含油量40.4％。在2000～2002年国家长江下游区试中，两年平均亩产145.05kg，比对照中油821增产15.52％，居参试双低品种首位。2002年通过湖北省和安徽省品种审定，2003年通过湖南省和全国品种审定，2004年通过河南省品种审定和四川省品种认定。本文以华油杂6号及其亲本为材料，用拟南芥cDNA芯片，分析了杂种和亲本在子叶期、苗期和花蕾的基因表达差异，初步探讨甘蓝型油菜杂种优势形成的分子机理。其实验结果和主要结论如下：子叶期，华油杂6号与母本8086A比较有45个上调表达的转录本和73个下调表达的转录本，合计118个转录本，占芯片上总位点的5.12％；华油杂6号与父本7-5比较有105个上调表达的转录本和126个下调表达的转录本，合计231个转录本，占芯片上总位点的10.03％。其中，上调表达的转录本（150个）少于下调表达的转录本（199个）；杂种相对于父本发生改变的转录本（231个）是杂种相对于母本发生改变转录本（118个）的两倍。在华油杂6号／8086A和华油杂6号／7-5两组实验中，子叶期共有7个相同的上

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
缩略词表  10-11
第一章文献综述  11-45
  1 植物杂种优势及其遗传机理的研究  11-33
    1.1 杂种优势的表现  11-12
    1.2 杂种优势利用途径  12-19
      1.2.1 细胞质雄性不育  12-13
      1.2.2 细胞核雄性不育  13
      1.2.3 化学杀雄  13-14
      1.2.4 自交不亲和  14-15
      1.2.5 技术组装与杂种优势利用  15
      1.2.6 生态(环境)型雄性不育  15-16
      1.2.7 生物技术在杂种优势利用中的应用  16-18
      1.2.8 其他利用途径  18-19
    1.3 杂种优势的预测  19
    1.4 杂种优势的遗传学基础  19-33
      1.4.1 显性假说  20-22
      1.4.2 超显性假说  22
      1.4.3 杂种优势遗传基础研究的新方法、新观点  22-33
        1.4.3.1 遗传差异与杂种优势的关系  22-23
        1.4.3.2 数量性状位点的分子标记定位及其互作与杂种优势的关系  23-24
        1.4.3.3 基因表达调控与杂种优势的分子机理  24-33
  2 基因表达分析方法  33-44
    2.1 基因组研究的简单回顾  33-35
      2.1.1 遗传图谱  33-34
      2.1.2 物理图谱  34
      2.1.3 基因组测序  34-35
      2.1.4 功能基因组研究  35
    2.2 基因表达分析  35-44
      2.2.1 反向遗传学和正向遗传学  35-36
      2.2.2 基因差异表达分析  36-44
        2.2.2.1 基于mRNA的基因差异表达分析  36-38
        2.2.2.2 基于大规模杂交的基因表达分析(mRNA水平)  38-40
        2.2.2.3 基于蛋白质水平的基因表达分析  40-42
        2.2.2.4 其他基因表达分析方法  42-44
  3 本研究的目的与意义  44-45
第二章甘蓝型油菜的基因差异表达分析  45-97
  1 前言  45-46
  2 材料与方法  46-54
    2.1 实验材料  46-47
      2.1.1 子叶期材料  47
      2.1.2 苗期材料  47
      2.1.3 花蕾材料  47
    2.2 实验方法  47-54
      2.2.1 总RNA抽提  47-48
      2.2.2 芯片杂交  48-52
        2.2.2.1 总RNA荧光探针标记  48-50
          2.2.2.1.1 荧光标记反应  48-49
          2.2.2.1.2 标记cDNA的纯化  49
          2.2.2.1.3 标记cDNA的沉淀和在杂交液中的溶解  49-50
        2.2.2.2 芯片杂交  50
        2.2.2.3 洗片  50-51
        2.2.2.4 芯片扫描和图像分析  51
        2.2.2.5 Cy3和Cy5信号的标准化  51
        2.2.2.6 一些常见问题的处理  51-52
      2.2.3 Northern印迹  52-54
  3 甘蓝型油菜子叶期的基因差异表达分析  54-66
    3.1 简介  54-55
    3.2 结果与分析  55-63
      3.2.1 芯片表达效果分析  55-56
      3.2.2基因差异表达概述  56-57
      3.2.3 基因功能分析  57-63
    3.3 小结  63-66
  4 甘蓝型油菜苗期的基因差异表达分析  66-76
    4.1 简介  66-67
    4.2 结果与分析  67-74
      4.2.1 芯片表达效果分析  67-68
      4.2.2 基因差异表达概述  68-69
      4.2.3 基因功能分析  69-74
    4.3 小结  74-76
  5 甘蓝型油菜花蕾的基因差异表达分析  76-89
    5.1 简介  76
    5.2 结果与分析  76-87
      5.2.1 芯片表达效果分析  76-77
      5.2.2 基因差异表达概述  77-78
      5.2.3 基因功能分析  78-87
    5.3 小结  87-89
  6 差异表达基因比较分析及NORHTERN印迹验证  89-92
    6.1 各期差异表达基因的比较  89-91
    6.2 Northern印迹实验  91-92
  7 讨论  92-93
    7.1 关于cDNA芯片技术在基因差异表达研究中的应用  92
    7.2 cDNA芯片技术在杂种优势研究中的应用  92-93
  8 总结与思考  93-97
    8.1 本研究的主要结果  93
    8.2 关于杂种优势的一些思考  93-95
    8.3 关于杂种优势研究的设想  95-97
参考文献  97-114
作者简介  114-115
致谢  115

甘蓝型油菜华油杂6号及其亲本的基因差异表达研究

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