基于转录组比较的牡丹开花时间基因发掘

基于转录组比较的牡丹开花时间基因发掘

【摘要】： 牡丹Paeonia section Moutan)是中国的传统名花,延长花期是发展中长期面临的挑战。相对大多数品种一年一次开花,个别品种能够在春季开花后当年秋季再次开花。这种一年二次开花的特性为延长牡丹开花期提供了一个极具潜力的途径。然而,有关牡丹二次开花的分子机制尚不清楚。本文以二次开花牡丹P. × lemoinei'High Noon'与一次开花的P. ×suffruticosa'洛阳红’为研究对象,通过转录组测序、生物信息学、表达分析和转基因方法,比较二者成花过程中与开花时间相关基因的表达差异,分析二次开花发生原因及相关基因的调控功能,为阐明牡丹的二次开花分子机制提供依据。主要结果包括：1.通过对'High Noon'和‘洛阳红’开花特性的研究,解析了二者的花芽分化进程及其差异,确定了成花诱导发生的具体时期。'High Noon’一年发生二次成花转变：次发生在6月导致秋季二次开花,另一次发生在8月诱导第二年的春季开花。2.利用Solexa/Illumina高通量测序技术对'High Noon’和‘洛阳红’混合花芽分别进行了转录组测序,获得有效序列4,627,059,840 nt和4,874,739,300 nt,序列经过组装得到Unigene 63,962和59,275条,平均长度为699 nt和698 nt。3.对'High Noon'和‘洛阳红’成花诱导期的花芽进行定量RNA-Seq测序,通过转录组比较,共获得16,764个差异表达基因,从中筛选出与与开花时间决定相关的8个差异基因：PsGA20OX, PsGID1、PsCO、PsGI、PsFRI、PsVIN3、PsSOCl、和 PsFT。4.通过qRT-PCR技术,分析了8个差异表达基因在'High Noon'和‘洛阳红’花芽形成过程中的周年表达模式,发现其中PsFT, PsVIN3, Ps( O和PsGA20OX4个基因在'High Noon'在秋季开花过程呈现显著的上调表达以及相似的表达规律,表明其与秋季二次开花密切相关。5.对PsFT和PsSOCl进行了转基因功能分析,结果表明,过表达PsFT基因显著促进拟南芥提早开花,开花天数较野生型拟南芥提前了14天；过表达PsSOCl基因对拟南芥开花时间无显著影响。综上所述,本研究得出主要结论：'High Noon’一年二次开花是由于二次成花诱导决定的,PsVIN3, PsCO和PsGA20OX耦合PsFT基因在第二次成花诱导和花芽形成过程中高量表达,从而诱导'High Noon'的秋季开花。本研究构建了高质量的转录组数据库,获得了候选功能基因,为牡丹花期改良提供了丰富的基因资源,为进一步揭示牡丹开花时间调控机制奠定了基础,具有重要的理论和实践意义。

【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015

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