芸苔属多倍体植物适应性形成的分子基础与进化研究

本项目以十字花科芸苔属及相关多倍体植物复合体为研究系统，对多倍体植物适应与进化分子机理方面进行了较深入研究，发表14篇SCI源刊论文，培养博士研究生4名、硕士研究生2名，按计划完成了项目任务。. 我们应用高通量RNA-Seq技术研究了芸薹属六倍体及其亲本埃塞俄比亚芥和白菜型油菜的转录组，全面分析六倍体植物与亲本之间基因表达水平差异，探讨了高倍性的多倍体植物中基因表达的亲本偏向性；对萝卜-芥蓝异源四倍体的研究探讨了远缘杂交对基因表达的影响，分析了同源基因之间表达水平的差异，证明了远缘杂交多倍体中同样存在着基因表达的母本偏向性；对芸薹属六倍体和萝卜芥蓝异源四倍体抗逆胁迫中基因表达的研究证明了多倍体植物存在着不同的抗逆分子机制。. 研究中应用蛋白质双向电泳、MALDI-TOF/TOF质谱技术鉴定了油菜胚胎发育过程中214个差异表达的蛋白质点，这些蛋白质被分成16个功能类别，包括初级代谢、蛋白质合成、蛋白质的加工/定位、转运、信号转导、防御、次级代谢、转座子、DNA修复等，在油菜胚胎发育过程中发生了大量蛋白质的更新，对于种子发育与适应环境有较重要意义。我们还对种子萌发过程中水孔蛋白基因表达进行了研究，初次克隆了四倍体甘蓝型油菜的7个PIP基因，发现它们在干种子中表达量低或不表达，而在种子萌发阶段和早期幼苗阶段表达上调，当种子受胁迫处理时，7个PIP基因和3个已知AQP基因对逆境有不同的响应，暗示着这10个基因在甘蓝型油菜植物发育和响应逆境中发挥不同作用。. 在对荠菜抗高温、低温相关基因研究中，发现四倍体荠菜的sHSP家族成员数目较多，其转录本在加工过程中存在着选择性腺苷酸化机制，造成该类基因的转录本中有着可变3’UTR，还发现2个KIN基因转录本在加工过程中均存在着选择性剪接、选择性腺苷酸化机制，这些调控机制可能是荠菜具有较强适应性而全球分布的重要生物学基础。. 植物核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶是一种具有双重功能的酶，在植物逐步适应CO2浓度变化过程中发挥重要作用，其大亚基由叶绿体rbcL基因编码。本研究中通过序列测定和基于位点特异性模型的进化分析，发现rbcL基因第289I编码位点发生了正选择作用，受正选择作用的位点位于酶蛋白C末端α/β的桶状活性中心，存在异亮氨酸/缬氨酸变异，可能与十字花科物种的适应性进化有重要联系。