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西兰花种子和幼苗转录组研究及芥子油苷代谢通路构建

来源：花匠小妙招时间：2024-08-26 09:39

西兰花种子和幼苗转录组研究及芥子油苷代谢通路构建

【摘要】： 西兰花(Brassica oleracea var. italica)是十字花科植物中一种非常重要的蔬菜,它含有多种多样重要的营养物质包括多种维生素和酚类化合物等,特别是一种特异性存在于十字花科植物中具有极强抗癌活性的物质芥子油苷。相比于人们普遍食用的花序部分,西兰花的幼苗含有的萝卜硫素浓度是其10到100倍。而萝卜硫素被认为是抗癌活性最高的一种芥子油苷,不仅能对正常的癌细胞起抑制作用,还能够杀伤传统方法药物或放射疗法无法杀死的癌症干细胞。尽管西兰花尤其是它的幼苗有如此重要的功能,目前对它的研究还停留在生理学层面,可用于遗传学及基因研究的工具非常稀少,这极大的限制了对这种功能上极其重要的蔬菜的研究。本研究对西兰花的种子,第3天、第7天及第11天的幼苗子叶和第11天幼苗真叶的转录组进行深度测序并分析。原始测序共得到大约8500万条251bp长的读段,经过从头拼接并将拼接后的转录本与公共数据库(拟南芥数据库和NCBI非冗余数据库)比对后,得到19441条最优比对的转录本被聚为unigene,平均长度为2133bp。根据不同的功能,将这些unigene进行分类,并对所有uningene根据不同表达模式进行了聚类。同时,对不同样品中差异表达的基因进行聚类显示萌发后第三天是西兰花幼苗发育中一个特殊的时间点。此外,我们还对这一过程中表达的转录因子进行了分析。在对西兰花幼苗芥子油苷代谢途径的分析中,我们发现了25个可能的芥子油苷合成基因。这些基因与它们在拟南芥中的同源基因序列有很高的相似度(62.04-89.72%),这使得我们可以在西兰花中建立一个与拟南芥中通路有高度线性关系的芥子油苷代谢通路。对这些基因的表达量分析表明大多数的合成和降解基因在种子萌发后的表达量都呈上升趋势,特别是一种已经被广泛研究的芥子油苷水解酶(黑芥子酶)TGG2在幼苗不同时期的表达量是种子中的20-130倍。这些结果结合之前在生理学中发现的芥子油苷在种子萌发后的浓度呈指数级下降的事实一起说明芥子油苷的降解产物可能在西兰花种子萌发及幼苗发育中有重要的作用。最后,我们在25个西兰花中芥子油苷代谢相关的基因中选择16个进行进一步RT-PCR验证。最终共有11个扩增成功,成功率接近70%,且CYP83A1已经得到基因全长。大部分扩增片段与拼接序列有超过95%的相似度。以上扩增片段与拼接序列之间高度的相似性证明了高通量测序及拼接结果的准确性。此外我们还得到西兰花中actin基因ACT8。这些经实验扩增得到的准确序列片段包括actin基因片段为后续得到基因全长并进行功能及表达水平检测等实验打下了坚实的基础。我们的研究提供了迄今为止在西兰花中最大的遗传资源库。这些数据将会为在西兰花中进行更深入的研究铺平道路并极大的方便对西兰花幼苗进行基因工程的改造来发展含有高含量抗癌物质芥子油苷的功能性蔬菜。同时,这些数据也会对该物种及近源物种在基因层面上的研究提供新的视角。

【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014

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