《蕓薹屬多倍體植物適應性形成的分子基礎與進化研究》是依託武漢大學，由王建波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：蕓薹屬多倍體植物適應性形成的分子基礎與進化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王建波
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雜交-多倍化是被子植物進化與物種形成的最重要途徑，幾乎所有被子植物都經歷過一次或多次基因組加倍事件，但我們對多倍體形成與進化機理的認識還很欠缺，特別是關於多倍體植物具有較強生長優勢與適應性的機理，我們了解甚少。本項目擬以蕓薹屬自然、人工多倍體植物及其親本為研究系統，分析多倍體植物的表型變異與適應性，研究正常、脅迫生長條件下不同器官相關基因表達情況，闡明這些重複基因的表達調控及其在多倍體形態發育、適應性形成中的作用，分析基因表達與蛋白質合成調控間的關係，研究功能基因的適應性進化，確定它們是否發生了正選擇，認識這些功能基因在重複後的適應性進化機制，最終從進化-發育生物學角度，闡明多倍體生長發育、表型變異、適應性的相關分子基礎，認識多倍體植物具有較強適應性的機理，為揭示被子植物雜交-多倍化這一重要進化途徑的內在機理奠定基礎，豐富植物進化生物學理論體系。
結題摘要
本項目以十字花科蕓薹屬及相關多倍體植物複合體為研究系統，對多倍體植物適應與進化分子機理方面進行了較深入研究，發表14篇SCI源刊論文，培養博士研究生4名、碩士研究生2名，按計畫完成了項目任務。我們套用高通量RNA-Seq技術研究了芸薹屬六倍體及其親本衣索比亞芥和白菜型油菜的轉錄組，全面分析六倍體植物與親本之間基因表達水平差異，探討了高倍性的多倍體植物中基因表達的親本偏向性；對蘿蔔-芥藍異源四倍體的研究探討了遠緣雜交對基因表達的影響，分析了同源基因之間表達水平的差異，證明了遠緣雜交多倍體中同樣存在著基因表達的母本偏向性；對芸薹屬六倍體和蘿蔔芥藍異源四倍體抗逆脅迫中基因表達的研究證明了多倍體植物存在著不同的抗逆分子機制。研究中套用蛋白質雙向電泳、MALDI-TOF/TOF質譜技術鑑定了油菜胚胎髮育過程中214個差異表達的蛋白質點，這些蛋白質被分成16個功能類別，包括初級代謝、蛋白質合成、蛋白質的加工/定位、轉運、信號轉導、防禦、次級代謝、轉座子、DNA修復等，在油菜胚胎髮育過程中發生了大量蛋白質的更新，對於種子發育與適應環境有較重要意義。我們還對種子萌發過程中水孔蛋白基因表達進行了研究，初次克隆了四倍體甘藍型油菜的7個PIP基因，發現它們在乾種子中表達量低或不表達，而在種子萌發階段和早期幼苗階段表達上調，當種子受脅迫處理時，7個PIP基因和3個已知AQP基因對逆境有不同的回響，暗示著這10個基因在甘藍型油菜植物發育和回響逆境中發揮不同作用。在對薺菜抗高溫、低溫相關基因研究中，發現四倍體薺菜的sHSP家族成員數目較多，其轉錄本在加工過程中存在著選擇性腺苷酸化機制，造成該類基因的轉錄本中有著可變3’UTR，還發現2個KIN基因轉錄本在加工過程中均存在著選擇性剪接、選擇性腺苷酸化機制，這些調控機制可能是薺菜具有較強適應性而全球分布的重要生物學基礎。植物核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶是一種具有雙重功能的酶，在植物逐步適應CO2濃度變化過程中發揮重要作用，其大亞基由葉綠體rbcL基因編碼。本研究中通過序列測定和基於位點特異性模型的進化分析，發現rbcL基因第289I編碼位點發生了正選擇作用，受正選擇作用的位點位於酶蛋白C末端α/β的桶狀活性中心，存在異亮氨酸/纈氨酸變異，可能與十字花科物種的適應性進化有重要聯繫。
