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牛心甘蓝蜡粉缺失突变体410M特征的研究.pdf

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牛心甘蓝蜡粉缺失突变体410M特征的研究.pdf

南 京 农 业 大 学 学 报 2018,41157-63 http//nauxb.njau.edu.cnJournalofNanjingAgriculturalUniversity DOI10.7685/jnau.201705001 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 收 稿 日 期2017-05-02 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目2017YFD0101804 作 者 简 介 石 利 朝, 硕 士 研 究 生。 ∗ 通 信 作 者 严 继 勇, 研 究 员, 主 要 从 事 甘 蓝 类 蔬 菜 遗 传 育 种 与 种 质 创 新 研 究,E-mailyjyqy@126.com。 石 利 朝, 曾 爱 松, 李 家 仪, 等. 牛 心 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 特 征 的 研 究[J]. 南 京 农 业 大 学 学 报,2018,41157-63. 牛 心 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 特 征 的 研 究 石 利 朝 1,2 , 曾 爱 松 2 , 李 家 仪 3 , 王 金 香 1,2 , 宋 立 晓 2 , 严 继 勇 2∗ 1. 南 京 农 业 大 学 园 艺 学 院, 江 苏 南 京210095;2. 江 苏 省 农 业 科 学 院 蔬 菜 研 究 所/ 江 苏 省 高 效 园 艺 作 物 遗 传 改 良 重 点 实 验 室, 江 苏 南 京210014;3. 中 国 农 业 大 学 生 物 学 院, 北 京100083 摘 要[ 目 的] 本 文 旨 在 探 索 牛 心 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 的 特 征 和 实 际 应 用 价 值, 以 丰 富 甘 蓝 种 质 资 源, 加 速 新 品 种 创 制 和 改 良。 [ 方 法] 调 查 牛 心 甘 蓝 野 生 型 材 料410W 和 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 的 农 艺 性 状, 测 定 其 营 养 品 质; 扫 描 电 镜 观 察 其 叶 表 超 微 结 构; 以 蜡 粉 缺 失 突 变 体 材 料410MP 1 与 其 野 生 型410WP 2 为 亲 本 分 别 配 制6 世 代 群 体, 分 析410M 蜡 粉 缺 失 性 状 的 遗 传 规 律; 筛 选 出14 个 在 拟 南 芥 中 参 与 蜡 粉 合 成、 转 运 的 基 因, 并 利 用 实 时 荧 光 定 量PCR 对 其 在410W 和410M 中 的 表 达 模 式 进 行 分 析。 [ 结 果] 蜡 粉 缺 失 甘 蓝 叶 色 亮 绿, 突 变 体410M 球 叶 和 外 叶 的 维 生 素C 含 量 显 著 高 于 野 生 型; 其 他 表 型 及 主 要 营 养 成 分 与 野 生 型 无 明 显 差 异。 叶 表 超 微 结 构 观 察 显 示, 突 变 体 叶 表 面 光 滑, 蜡 粉 严 重 缺 失; 野 生 型 叶 表 蜡 粉 分 布 致 密, 晶 体 结 构 主 要 为 片 状 和 线 状。 对6 世 代 群 体 分 离 比 例 进 行 χ 2 检 测, 结 果 表 明410M 蜡 粉 缺 失 性 状 为 隐 性 单 基 因 遗 传。 在 参 与 拟 南 芥 蜡 粉 生 物 合 成、 转 运 的14 个 基 因 中, 共 有7 个 基 因 在 野 生 型 中 的 表 达 显 著 高 于 突 变 体。 [ 结 论] 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 遗 传 稳 定, 商 品 性 好, 为 育 种 和 蜡 粉 分 子 基 础 研 究 的 优 良 材 料。 关 键 词 甘 蓝; 蜡 粉 缺 失 突 变 体; 农 艺 性 状; 超 微 结 构; 遗 传 规 律; 蜡 粉 基 因 中 图 分 类 号S635.3 文 献 标 志 码A 文 章 编 号1000-2030201801-0057-07 Studiesoncharacteristicsofaheart-shapedglossy cabbagemutants410M SHILichao 1,2 ,ZENGAisong 2 ,LIJiayi 3 ,WANGJinxiang 1,2 ,SONGLixiao 2 ,YANJiyong 2∗ 1.CollegeofHorticulture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;2.InstituteofVegetableCrops, JiangsuAcademyofAgriculturalSciences/JiangsuKeyLaboratoryforHorticulturalCropGeneticImprovement, Nanjing210014,China;3.CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China Abstract[Objectives]Toenrichthegermplasmresourcesandpromotetheimprovementofnewvarietieswithdesirabletraitsof cabbage,aheart-shapedglossymutant410Mofcabbagewasstudied.[Methods]Themajornutritionalcomponentsandphenotypic characterizationof410Mplantswereanalyzed,andthewaxamountandcrystalstructurewereobservedbyscanningelectronmicro- graphsSEM.Then,tostudytheinheritanceofglossywax-lesscharacteristic,F 1 ,F 2 ,BC 1 P 1 andBC 1 P 2 populationswereobtained throughcrossing,selfingandback-crossingby410Mmutantand410Wwildplants.Lastly,thetranscriptionalprofilesof14genes thatwererelatedtowaxbiosynthesisandtransportinArabidopsiswereanalyzedbyreal-timequantitativeRT-PCR.[Results]410M plantshadaremarkableglossysurfacephenotypictraitthroughouttheirgrowthanddevelopment,andotherphenotypeswereindistin- guishablefromthoseof410W.Therewerenosignificantdifferencesincontentofthemajornutritionalcomponentsincludingprotein, crudefiber,totalsugaranddrymatterbetween410Mand410WexceptvitaminCcontent.TheSEManalysisrevealedasignificant differenceinthetotalwaxamountbetween410Mand410Wplants,andthesurfaceofmatureleavesof410Wwascoveredbydense linearorcolumnarwaxcrystalsonboththeventralandabaxialoftheleafblade.Conversely,thematureleavesurfaceof410Mwas almostdevoidofwaxcrystals,withonlyasmallportionofgranule-likewaxcrystalspresentonthesmoothwaxfilm.Then,theF 1s indicatedthatnon-glossyleavesweredominantoverglossyleaves.Thegeneticratioof3non-glossyto1glossywasobtainedinF 2 generations,andtheback-crossgenerationinvolvingaglossyparentastherecurrentparentshowedaratioof1non-glossyto1glossy. So,theresultsof χ 2 testontheseparatedproportionprovedthatthetraitofglossywax-lesswascontrolledbyonepairofrecessive gene.Lastly,ourworkalsoshowedthatsomegenesthatwereinvolvedinwaxbiosynthesis,andexportpathwaysweredown-regulated in410M,whichcouldcausetheglossyphenotypeofmutantplants.[Conclusions]410Mexhibitedexcellentcomprehensiveproperties withremarkableandstableglossyphenotype,andbelongstoacoreheart-shapedparentforfuturecabbagebreedingprogramsand molecularstudies. Keywordscabbage;glossymutant;agronomictrait;ultrastructure;inheritance;waxgenes 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 结 球 甘 蓝BrassicaoleracaL.var.capitata 简 称 甘 蓝, 是 十 字 花 科 芸 薹 属 甘 蓝 种 中 的 一 个 变 种。 其 叶 色 绿 至 深 绿, 外 叶 及 外 层 球 叶 表 面 均 有 一 层 蜡 粉 覆 盖。 蜡 粉 的 主 要 作 用 是 减 少 非 气 孔 的 水 分 散 失, 降 低 水 分 消 耗 [1] , 保 护 植 物 抵 御 过 量 紫 外 线 辐 射、 低 温 冻 伤 等 逆 境 [2-3] , 还 可 有 效 抵 御 细 菌 和 真 菌 病 原 体 的 入 侵, 防 止 食 草 昆 虫 的 侵 害 等 [4-5] 。 同 时, 甘 蓝 植 株 表 面 的 蜡 粉 多 少 还 是 决 定 商 品 品 质 的 一 个 重 要 指 标。 蜡 粉 少 的 甘 蓝 叶 色 亮 绿, 感 官 好, 品 质 优 良, 受 到 消 费 者 欢 迎。 亮 叶 甘 蓝 由 普 通 甘 蓝 突 变 而 来, 体 表 无 或 有 少 量 蜡 粉 覆 盖, 叶 色 亮 绿, 品 质 优 良, 对 于 丰 富 甘 蓝 种 质 资 源、 培 育 优 质 甘 蓝 新 品 种 具 有 重 要 的 意 义 [6] 。 关 于 无 蜡 粉 缺 失 突 变 体 甘 蓝 的 相 关 研 究, 在 国 内、 外 仅 有 少 量 报 道 [6-8] , 而 且 发 现 的 均 是 圆 球 和 扁 球 型 突 变 体。 在 我 国 长 江 流 域 及 以 南 地 区, 牛 心 尖 球 类 型 甘 蓝 一 直 是 大 家 喜 欢 种 植 和 消 费 的 品 种 类 型。 牛 心 甘 蓝 普 遍 存 在 蜡 粉 较 多、 球 色 不 够 绿 的 问 题。 为 了 提 高 特 色 新 品 种 的 竞 争 优 势, 牛 心 甘 蓝 叶 色 的 改 良 成 为 育 种 工 作 者 的 一 个 重 要 课 题。2013 年, 在 优 良 牛 心 型 纯 合 材 料410W 的 群 体 中, 发 现 了 其 蜡 粉 缺 失 突 变 体 410M。 前 人 的 研 究 结 果 表 明, 芸 薹 属 植 物 突 变 体 缺 失 蜡 粉 性 状 遗 传 规 律 较 为 复 杂, 不 同 突 变 体 之 间 差 异 较 大, 且 由 不 同 的 基 因 控 制。 因 此, 本 文 对 首 次 发 现 的 牛 心 类 型 甘 蓝 突 变 体410M 的 特 征、 主 要 营 养 物 质 含 量、 蜡 粉 结 构、 遗 传 规 律 进 行 研 究, 并 且 对 拟 南 芥 中 参 与 蜡 粉 合 成、 转 运 的 基 因 在410M 和410W 中 进 行 了 表 达 水 平 分 析, 以 期 明 确 该 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体 的 特 征 特 性 及 其 在 育 种 中 的 实 际 应 用 价 值, 为 丰 富 甘 蓝 种 质 资 源、 新 品 种 创 制 和 改 良 提 供 理 论 依 据。 1 材 料 与 方 法 1.1 材 料 供 试 甘 蓝 野 生 型 材 料410W 及 其 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 由 江 苏 省 农 业 科 学 院 蔬 菜 研 究 所 叶 菜 类 蔬 菜 研 究 室 提 供。 供 试 材 料 分 别 于2015 年7 月 和2016 年7 月 中 旬 播 种,8 月 中 旬 定 植 于 江 苏 省 农 业 科 学 院 六 合 实 验 基 地,8 至12 月 进 行 田 间 取 样 和 田 间 性 状 调 查;12 月 上 旬 每 份 材 料 各 选 取4 株 移 栽 于 大 棚, 翌 年 3 至5 月 进 行 授 粉 留 种。 1.2 农 艺 性 状 观 察 于 叶 球 成 熟 期 对 熟 性、 叶 色、 株 高、 开 展 度、 外 叶 数、 球 形、 单 球 质 量、 球 径、 中 心 柱 等 农 艺 性 状 按 常 规 方 法 进 行 调 查。 1.3 营 养 品 质 测 定 于 叶 球 成 熟 期, 分 别 选 取 大 小 相 近、 成 熟 度 一 致、 无 病 害、 无 创 伤 的 球 叶 和 外 叶, 对 其 主 要 营 养 成 分 维 生 素C、 粗 纤 维、 总 糖、 干 物 质 含 量 按 常 规 方 法 进 行 测 定。 每 重 复 取3 株 叶 球 及 相 应 外 叶,3 次 重 复。 1.4 蜡 粉 的 扫 描 电 镜 观 察 于 叶 球 成 熟 期, 取 各 材 料 的 外 叶, 避 开 叶 脉 用 直 径10mm 打 孔 器 进 行 取 样, 然 后 将 样 品 置 于50℃ 烘 箱 中 干 燥12h。 烘 干 后, 用 银 胶 固 定 在 样 品 台 上, 喷 金, 置 于 扫 描 电 子 显 微 镜 下 观 察。 1.5 RNA 的 提 取 及 实 时 荧 光 定 量PCRRT-qPCR 测 定 于 叶 球 成 熟 期, 取 各 材 料 的 外 叶, 采 用Trizol 试 剂 盒 北 京 百 泰 克 生 物 技 术 有 限 公 司 分 别 提 取 野 生 型 和 突 变 体 材 料 总RNA, 提 取 方 法 参 照 试 剂 盒 说 明 书。 按 照RT-qPCR 要 求 将RNA 反 转 录 成cDNA, 根 据 中 国 农 业 科 学 院 网 站http//ocri-enomics.org/bolbase/components.htm 公 布 的 甘 蓝 基 因 序 列, 利 用 拟 南 芥 各 个 基 因 序 列 进 行 比 对, 选 择 同 源 性 较 高 的 保 守 序 列, 使 用PrimerPremier5.0 软 件 设 计RT-qPCR 引 物 表1, 以 甘 蓝 的actin 基 因 作 为 内 参 基 因。 所 用 染 料 为SYBRTaKaRa, 配 制20μL 的 体 系SYBR PremixExTaq210μL、 正 向 引 物10μmolL -1 0.8μL、 反 向 引 物10μmolL -1 0.8μL、 模 板cDNA 1μL, 加ddH 2 O 至20μL。 采 用 两 步 法 荧 光 定 量PCR 进 行 扩 增。 扩 增 程 序95℃ 30s, 循 环1 次;95℃ 5s,60℃20s, 循 环40 次,72℃ 单 点 检 测 信 号。 熔 解 程 序95℃0s,65℃15s,95℃0s, 连 续 检 测 信 号。 每 个 样 品 重 复3 次。 采 用2 -ΔΔC T 法 对 数 据 进 行 相 对 定 量 分 析。 1.6 数 据 处 理 所 得 数 据 采 用SAS8.1 软 件 进 行 差 异 显 著 性 分 析, 在0.05 水 平 上 进 行 邓 肯 氏 多 重 比 较。 8 5 第1 期 石 利 朝, 等 牛 心 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 特 征 的 研 究 表1 用 于 实 时 荧 光 定 量PCR 的 引 物 Table1 PrimersofcabbagegenesforRT-qPCRanalysis 基 因 Gene 甘 蓝 基 因 组 序 列 编 号 CabbagegenomeaccessionNo. 拟 南 芥 中 蛋 白 家 族 名 称 ProteinfamilynameinArabidopsis 引 物 对 序 列5′→3′ Primerpairssequence BolECR10 Bol044348 反 式 烯 脂 酰-CoA 还 原 酶 trans-2,3-enoyl-coenzymeAreductase AGTGGCTCTGGAGGGTATCA/ GCGATGTTGAACCCTAGCCA BolFATB Bol021081 酰 基ACP 硫 酯 酶 Fattyacyl-ACPthioesteraseB ACTGGAGAAATTTTAACAAGAGCA/ CTCGGCAAGGATAGGGTCAG BolKCR1 Bol010474 β- 酮 酰-CoA 还 原 酶 β-ketoacyl-coenzymeAreductase AACAACGCTGGGGTTTCGTA/ CCAACACAGCCTGAGTAACCT BolCER2 Bol037661 BAHD 酰 基 转 移 酶 BAHDacyltransferase AAGTCGAAGGGTTCACGGTC/ GGCCCAACTTAGCCCTACTG BolLCAS1 Bol002590 长 链 酰 基-CoA 合 成 酶 Longchainacyl-CoAsynthetase AAGGGCTTCTTGAGCCAGAC/ TAGGCGGGGTAGTCTCTTCC BolKCS1 Bol018447 β- 酮 酰-CoA 合 成 酶 β-ketoacyl-coenzymeAsynthase CCGTTATACGAATCCGGCGA/ GGAGAAGGTCTCGAACGTCA BolACBP1 Bol017188 酰 基-CoA 结 合 蛋 白 Acyl-CoAbindingprotein TGGTATCACCTCGCTCAGTCT/ TGCGGTGGTAGTCGTTCTCC BolGNL1 Bol012162 囊 泡 转 运 Vesicletrafficking TGGAGGAGACGAAGCCATTAT/ TTGCAGAGACTCAGCTTGGA BolCER5 Bol031593 ABC 转 运 器 ABCtransporter ATGGAGTTGGACAGTGCGAG/ AGTCCATCGAGCAACCTTCG BolLTPG1 Bol002099 GPI 锚 定 脂 质 转 移 蛋 白 GPI-anchoredlipidtransferprotein CAACTTCCAACGGCTTGTCAG/ CCGGTGTTATTGTTGTGGCA BolMYB30 Bol032289 R2R3 类MYB 转 录 因 子 R2R3-typeMYB GGAAGATGGAGCACTGTTGC/ CCGGGATCTTTTGTTACCCCA BolDEWAX Bol007787 AP2-ERF 类 基 因 AP2-ERF-typegene TGCAAGCCAAGATCACCACC/ AGAGACCGGAACGGATAGGT BolDCL4 Bol035827 TCGGCATTCAGTTCTGGAGT/ CGCCAACTTTAGTGGCAACC BolHUB1 Bol030141 TGGTTCTAGCAGTGGGTCTG/ CGAGCAGATACTGGATGAGGA 2 结 果 与 分 析 2.1 突 变 体410M 与 野 生 型410W 的 特 征 特 性 由 图1 可 见 突 变 体410M 与 野 生 型410W 表 型 相 比, 除 了 蜡 粉 缺 失 性 状 外, 其 他 表 型 均 无 明 显 差 异。 图1 野 生 型410W 和 突 变 体410M 表 型 Fig.1 Phenotypiccharacterizationofwildtype410Wandmutant410M A. 幼 苗 期;B. 结 球 期;C. 生 殖 生 长 期 花 序。 A.Seedlingstage;B.Headingstage;C.Inflorescencesatreproductivegrowthstage. 对2 个 材 料 整 个 生 育 期 的 特 征 特 性 进 行 观 察 发 现, 从 苗 期、 营 养 生 长 结 球 期 至 生 殖 生 长 期, 其 蜡 粉 缺 失 性 状 均 保 持 稳 定; 而 且, 突 变 体410M 连 续 自 交2 代 后, 未 出 现 蜡 粉 性 状 分 离 现 象, 说 明 其 蜡 粉 缺 失 性 状 为 纯 合 性 状。 对2 个 材 料 营 养 生 长 结 球 成 熟 期 的 农 艺 性 状 调 查 结 果 显 示, 突 变 体410M 与 野 生 型410W 成 熟 期 定 植 到 叶 球 成 熟 的 时 间 均 为65d 左 右, 株 高、 开 展 度、 外 叶 数、 球 形、 单 球 质 量、 球 径、 中 心 柱 长 等 农 艺 性 状 指 标 均 无 显 著 差 异 表2。 410W 球 叶 和 外 叶 的 维 生 素C 含 量 分 别 为0.48 和0.68mgg -1 , 而410M 9 5 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 球 叶 和 外 叶 的 维 生 素C 含 量 分 别 为0.54 和0.78mgg -1 ,410M 维 生 素C 含 量 较410W 有 显 著 提 高。 而 在 粗 蛋 白、 粗 纤 维、 总 糖、 干 物 质 成 分 含 量 方 面, 二 者 无 明 显 差 异 表3。 表2 410W 和410M 农 艺 性 状 调 查 Table2 Surveyofagronomiccharacteristicsof410Wand410M 材 料 Material 株 高/cm Plantheight 开 展 度/cm Plantbreadth 外 叶 数 Outer leafNo. 球 形 Head shape 叶 色 Leaf color 单 球 质 量/kg Headweight 叶 球 纵 径/cm Headlength 叶 球 横 径/cm Headwidth 中 心 柱 长/cm Corelength 中 心 柱 长/ 球 高 Corelength/ headheight 410W 28.831.24 a 44.871.20 a 90.50 a 尖 Heart- shaped 绿 Green 0.520.02 a 20.111.43 a 12.681.24 a 9.030.46 a 0.450.01 a 410M 28.121.45 a 43.500.48 a 90.50 a 尖 Heart- shaped 亮 绿 Glossy- green 0.530.02 a 20.060.46 a 12.560.30 a 9.020.38 a 0.450.02 a注 同 列 数 据 后 不 同 小 写 字 母 表 示 差 异 显 著P0.05。 下 同。 NoteThedatawithinacolumnfollowedbydifferentsmalllettersindicatesignificantdifferenceat0.05level.Thesameasfollows. 表3 410W 和410M 主 要 营 养 成 分 含 量 Table3 Themajornutritionalcomponentsof410Wand410M mgg -1 叶 片 Leaf 材 料 Material 维 生 素C VitaminC 粗 蛋 白 Crudeprotein 粗 纤 维 Crudefiber 总 糖 Totalsugar 干 物 质 Drymatter 球 叶Headleaf 410W 0.480.03 d 14.70.12 b 5.90.07 b 39.50.18 a 81.20.24 b 410M 0.540.02 c 14.60.07 b 5.40.08 b 40.20.11 a 80.10.36 b 外 叶Outerleaf 410W 0.680.01 b 17.60.10 a 8.70.05 a 28.60.08 b 105.60.92 a 410M 0.750.05 a 18.80.08 a 8.40.04 a 29.40.24 b 99.20.38 a2.2 蜡 粉 性 状 扫 描 电 镜 观 察 扫 描 电 镜 观 察 图2 表 明, 野 生 型 和 突 变 体 蜡 粉 覆 盖 度 差 异 显 著, 与 牟 香 丽 等 [7] 、 唐 俊 等 [8] 的 研 究 结 果 一 致。 在500 倍 视 野 下, 野 生 型 甘 蓝 叶 片 背 面、 腹 面 均 覆 盖 有 较 多 的 蜡 粉, 且 分 布 致 密; 在5000 倍 视 野 下, 可 观 察 到 其 蜡 粉 结 构 为 片 状 和 线 状。 而 突 变 体 叶 面 光 滑, 叶 背 面 和 腹 面 均 几 乎 无 蜡 粉 覆 盖, 只 有 零 星 颗 粒 状 结 构。 图2 野 生 型 和 突 变 体 叶 片 腹 面 和 背 面 微 观 结 构 观 察 Fig.2 Microstrureobservationofleafbladeventralandleafbladeabaxialofwild-typeandmutantA. 突 变 体 叶 片 腹 面500;B. 野 生 型 叶 片 腹 面500;C. 野 生 型 叶 片 腹 面5000;D. 突 变 体 叶 片 背 面500;E. 野 生 型 叶 片 背 面500;F. 野 生 型 叶 片 背 面5000。 A.Leafventralsurfaceofmutant500;B.Leafventralsurfaceofwildtype500;C.Leafventralsurfaceofwildtype5000;D.Leaf abxialsurfaceofmutant500;E.Leafabxialsurfaceofwildtype500;F.Leafabxialsurfaceofwildtype5000. 0 6 第1 期 石 利 朝, 等 牛 心 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体410M 特 征 的 研 究 2.3 蜡 粉 缺 失 性 状 遗 传 规 律 分 析 以410M 和410W 为 亲 本 构 建6 世 代 群 体, 正 交 与 反 交F 1 群 体192 株 单 株 全 部 表 现 为 叶 面 有 蜡 粉; F 2 群 体 有 蜡 粉 的 植 株532 株, 蜡 粉 缺 失 的 植 株155 株, 分 离 比 例 为3.43∶1, 经 χ 2 测 验 符 合3∶1 χ 2 =1.957 χ 2 0.05 =3.841 的 分 离 比 例; 以 有 蜡 粉 的410W 为 回 交 亲 本 获 得 的 回 交 群 体 中,208 株 单 株 全 部 表 现 为 叶 面 有 蜡 粉; 而 与 蜡 粉 缺 失 亲 本410M 回 交 获 得 的 回 交 群 体 中, 有 蜡 粉 的 植 株158 株, 蜡 粉 缺 失 的 植 株136 株, 分 离 比 例 为1.16∶1, 经 χ 2 测 验 符 合1∶1 χ 2 =1.500 χ 2 0.05 =3.841 的 分 离 比 例 表4。 表 明410M 的 蜡 粉 缺 失 性 状 由 隐 性 单 基 因 控 制。 表4 6 世 代 材 料 性 状 田 间 调 查 及 χ 2 测 验 Table4 Explorationofgeneticinheritanceofglossywax-lesscharacteristicsand χ 2 test 世 代 Generations 总 株 数 No.ofplants 有 蜡 粉 单 株 数 No.ofwaxplants 无 蜡 粉 亮 绿 单 株 数 No.ofglossyplants 有 蜡 粉∶ 无 蜡 粉 亮 绿 Waxplants∶glossyplants χ 2 χ 2 0.05 P 1 410W 100 100 0 P 2 410M 94 0 94 F 1 410W410M 100 100 0 F 1 410M410W 92 92 0 F 2 687 532 155 3.43∶1 1.957 3.841 BC 1 P 1 208 208 0 BC 1 P 2 294 158 136 1.16∶1 1.500 3.841 2.4 蜡 粉 合 成、 转 运 基 因 的RT-qPCR 分 析 图3 410W 和410M 相 关 蜡 质 合 成、 转 运 基 因 的 表 达 模 式 分 析 Fig.3 Expressionpatterncomparisonofgenesinvolvedin waxformationandtransportof410Wand410M 筛 选 出14 个 在 拟 南 芥 中 参 与 蜡 粉 合 成、 转 运 的 基 因, 对 其 在 野 生 型 和 突 变 体 中 的 表 达 进 行 实 时 荧 光 定 量 分 析。 其 中 ECR10、FATB、KCR1、 CER2、LCAS1 和KCS1 为 参 与 表 皮 蜡 质 生 物 合 成 的 基 因,ACBP1、GNL1、CER5、LTPG1 为 参 与 蜡 质 传 输 的 基 因,MYB30、DEWAX、DCL4、HUB1 为 参 与 蜡 质 合 成 和 传 输 的 调 控 基 因。 在 这14 个 基 因 中,410M 中CER2、LCAS1、ACBP1、CER5、HUB1 的 表 达 高 于 其 野 生 型,KCR1、LTPG1 在2 个 材 料 中 表 达 差 异 不 显 著, 其 余7 个 基 因 均 为410W 高 于410M, 而 且 均 差 异 显 著。 3 讨 论 扁 球 类 型 和 圆 球 类 型 的 蜡 粉 缺 失 突 变 体 均 有 报 道 [6-8] , 牛 心 类 型 的 蜡 粉 缺 失 突 变 体 为 首 次 报 道。 前 人 研 究 表 明, 蜡 粉 缺 失 突 变 体 营 养 生 长 期 生 长 滞 后, 生 长 势 小 于 野 生 型; 而 且, 蜡 粉 缺 失 材 料 结 种 能 力 减 弱, 不 易 结 籽。 但 本 研 究 中 的 牛 心 突 变 体410M, 在 营 养 生 长 期 与 生 殖 生 长 期, 除 了 蜡 粉 缺 失 性 状 外, 在 生 长 势 和 结 种 能 力 方 面 与 野 生 型 均 无 明 显 差 异, 表 明 蜡 粉 缺 失 对 植 株 生 长 发 育 方 面 产 生 的 影 响 大 小 与 不 同 突 变 体 材 料 有 关。 在 品 质 测 定 中, 突 变 体410M 球 叶 和 外 叶 的 维 生 素C 含 量 高 于 野 生 型。 研 究 表 明 大 部 分 植 物 中 的AsA 维 生 素C 含 量 与 抗 逆 性 呈 正 相 关, 可 通 过 提 高AsA 含 量 或 促 进 氧 化 态 的AsA 还 原 来 提 高 植 物 的 抗 逆 性 [9] 。 植 物 表 面 覆 盖 的 蜡 粉 可 抵 御 外 界 逆 境、 病 虫 害 等 伤 害, 而 蜡 粉 的 缺 失 使 得 植 物 对 外 部 各 种 逆 境 承 受 力 减 弱, 猜 测 植 物 会 应 激 性 调 动 自 身 的 防 御 系 统, 比 如 提 高AsA 含 量 来 增 强 对 逆 境 的 抵 御。 至 于 蜡 粉 缺 失 是 否 与 甘 蓝AsA 含 量 的 变 化 之 间 存 在 某 种 相 关 性, 还 需 进 一 步 深 入 研 究。 国 内 外 关 于 芸 薹 属 蜡 粉 缺 失 性 状 的 研 究 多 有 报 道。 芸 薹 属 作 物 的 蜡 粉 缺 失 性 状 遗 传 规 律 较 为 复 杂, 不 同 突 变 体 之 间 存 在 多 样 性, 且 由 不 同 的 基 因 控 制, 其 中 大 多 数 突 变 体 蜡 粉 缺 失 性 状 受 单 个 基 因 控 制, 其 中 以 单 基 因 隐 性 遗 传 最 为 常 见 [10-11] , 显 性 遗 传 和 不 完 全 显 性 遗 传 较 少 [12-13] ; 少 数 突 变 体 受 双 基 因 控 制 [14] 。 在 甘 蓝 蜡 粉 缺 失 突 变 体 中, 初 莲 香 等 [6] 在 甘 蓝 品 种‘ 迎 春’ 中 发 现 了 一 株 蜡 粉 缺 失 突 变 体, 对 其 遗 传 效 应 分 析 表 明, 这 一 蜡 粉 缺 失 性 状 是 由 一 对 隐 性 纯 合 基 因 控 制 [15] 。 李 景 涛 [16] 对2 份 圆 球 蜡 粉 缺 失 突 变 体10Q-961 和LD10 的 遗 传 规 律 进 行 分 析, 结 果 表 明 这2 份 突 变 体 蜡 粉 缺 失 性 状 均 为 隐 性 单 基 因 遗 传, 但 其 无 蜡 粉 亮 绿 基 因 位 于 不 同 的 遗 传 位 点。 其 后 该 研 究 团 队 又 报 道 了 受 单 基 因 显 性 控 制 的 无 蜡 粉 材 料 1 6 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 10Q-974 的 发 现 [8] 。 本 试 验 中, 突 变 体410M 配 制 的6 世 代 群 体 的 分 离 比 例 符 合 单 基 因 隐 性 遗 传 的 分 离 比 例。 植 物 外 表 皮 蜡 粉 成

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