甘蓝型油菜叶片白化分子机理研究

叶色突变体是研究色素代谢和叶绿体发育机制的重要种质资源。为解析甘蓝型油菜温度敏感型白叶突变体形成的分子机制,本研究对两个甘蓝型油菜人工合成种姊妹系绿叶株系G7097和白叶株系W7105进行了生理指标测定和转录组分析。在冬季低温条件下,W7105白叶的叶绿素和类胡萝卜素含量显著减少,叶绿体发育异常。与绿叶相比,白叶的净光合速率(Pn)显著降低,细胞间CO_(2)浓度(Ci)显著升高。在3个不同发育时期摘取G7097和W7105叶片进行转录组测序,共检测到1532个与叶色相关的差异表达基因(DEGs),包括540个上调的差异表达基因和992个下调的差异表达基因。GO和KEGG富集分析结果显示,W7105白化叶片中上调的差异表达基因显著富集在蛋白酶体、翻译过程、碳水化合物和能量代谢途径;而下调的差异表达基因则与叶绿体、光合作用和电子传递链显著相关。参与叶绿素和类胡萝卜素生物合成的多个基因在W7105白叶中下调表达,证实白化叶片中叶绿素和类胡萝卜素代谢也受到了影响。研究结果为进一步定位和克隆甘蓝型油菜叶片白化关键基因以及阐述油菜白叶形成的分子机制提供了一定参考。

不同作物种子耐热性评价及油菜种子耐热性全基因组关联分析

全球气候变暖对作物生长发育和产量形成等造成不良影响。对不同作物种子进行耐热性评价,挖掘种子耐热相关基因对于提高作物应对高温胁迫的抗耐性具有重要理论和实践意义。为探索种子耐热性差异,本研究以18个不同作物品种(系)的种子为试验材料,在近100℃高温下分别处理2 h、4 h、6 h、8 h和12 h后统计发芽势和发芽率,结果表明,不同作物种子高温耐受力具有显著差异,但总体趋势是发芽势和发芽率随着处理时间延长而不断降低。芝麻和部分油菜品系的种子耐热性最强,热处理12 h后的发芽势和发芽率仍在50%以上,小麦、水稻、大麦、红花的耐热性中等,花生的耐热性最差,热处理2 h后发芽势和发芽率已下降至10%或以下。为挖掘油菜种子耐热性相关基因,以114份甘蓝型油菜种质资源为材料,在100℃下处理8 h,利用60K SNP芯片数据对2个环境下的发芽势和发芽率进行全基因组关联分析。结果检测到11个与发芽势关联的SNP位点,2个与发芽率关联的SNP位点。在候选区间范围内共筛选到16个耐热相关基因,部分基因的同源基因已有文献报道在其它植物高温胁迫响应中发挥着重要作用。

黄籽甘蓝型油菜的合成和不同颜色种皮比较代谢组分析

为分析人工合成甘蓝型油菜的稳定性以及黄黑籽种皮中的代谢物差异,本研究以一个A_(4)代甘蓝型油菜人工合成种为材料,调查其细胞学稳定性,对其自交A10代黄、黑籽株系进行了种皮香草醛染色和广泛靶向代谢组分析,结果表明人工合成甘蓝型油菜A_(4)代株系具有稳定的38条染色体,有丝分裂和减数分裂行为正常。A_(10)代黄籽和黑籽株系种皮颜色差异与原花青素差异积累有关,黑籽材料从开花后30 d开始,原花青素逐步在种皮中积累,而黄籽种皮中几乎没有原花青素积累。授粉后50 d的黄、黑籽种皮中共检测出23类737种代谢物,其中差异代谢物343种。与黑籽种皮相比,黄籽种皮中分别有149种和194种代谢物显著上调和下调积累。差异代谢物显著富集在黄酮和黄酮醇生物合成路径、甘油酯代谢路径和花青素生物合成途径这3条代谢通路中。综上所述,该人工合成甘蓝型油菜黄籽和黑籽种皮颜色差异主要由原花青素等类黄酮物质的差异积累导致。研究结果为揭示甘蓝型油菜种皮颜色形成机理奠定了理论基础,为黄籽油菜品种选育提供了材料支持。