基于甘蓝型油菜黄化突变体的叶绿素缺乏机制及功能基因研究

Oilseed rape is one of important edible oil and forage crops. Chloroplasts are specific organelles of plant cells, chlorophyll normal biosynthesis in plant photosynthesis and development of chloroplast structure played a crucial role. In this study, using the chlorophyll-reduced mutant NY and its wide-type near-isogenic line NG as materials, 1) for determination and analysis of chlorophyll synthesis pathway intermediates and activities of key enzymes of chlorophyll metabolism; 2) for extraction and analysis of soluble protein in chloroplasts and chloroplast thylakoid membrane protein composition difference; 3) using SLAF-seq technology system and Bulked Segregant Analysis(BSA) to achieve whole-genome marker development and classification and develop specific molecular marker of chlorophyll biosynthesis gene; 4) for homology analysis, linear analysis and gene mapping with the reference species based on the specific markers sequence; 5) according to the locus informations of markers and candidate for feature areas to filter out chlorophyll biosynthesis candidate genes. Results of this study will contribute to resolving key regulatory step in the biosynthetic pathway of chlorophyll, revealing biochemical mechanisms of chlorophyll-deficient, obtain new sequence information associated with the chlorophyll biosynthesis mutants, clarify the molecular mechanism of yellowing. It has scientific and practical significance on photosynthetic system structure, gene function and regulation mechanism of oilseed rape.

油菜是世界重要的油饲兼用型作物。叶绿体是植物细胞所特有的光合细胞器，叶绿素合成对叶绿体结构发育及光合过程起关键作用。本研究拟以甘蓝型油菜自发黄化突变体NY及其野生型近等基因系为材料，1）测定、比较叶绿素合成途径中间产物含量、关键酶活性；2）提取分析叶绿体可溶性蛋白、类囊体膜蛋白组分差异；3）利用SLAF-seq技术体系与集群分离分析法对基因组有效简化并测序，实现全基因组标记开发和分型，获得叶绿素合成突变的特异性分子标记；4）依据差异标记序列，进行参考物种同源分析、同线性比对及基因定位；5）根据标记定位信息和候选功能区域开展功能基因注释，结合生化机制研究结果，筛选叶绿素合成突变的候选基因。本研究的结果将有助于解析叶绿素合成途径中的关键调控步骤，揭示叶绿素缺乏的生化机制，获得与叶绿素合成突变有关的新序列信息，阐明黄化的分子机理。这对油菜光合系统结构与基因功能及其调控机制研究具有科学和实际意义。

油菜是世界重要的油饲兼用型作物。叶绿体是植物细胞所特有的光合细胞器，叶绿素合成对叶绿体结构发育及光合过程起关键作用。本研究以甘蓝型油菜自发黄化突变体NY 及其野生型近等基因系为材料，测定、比较叶绿素合成途径中间产物含量、关键酶活性；提取分析叶绿体可溶性蛋白、类囊体膜蛋白组分差异；利用SLAF-seq 技术体系与集群分离分析法对基因组有效简化并测序，结合转录组测序及基因组重测序，实现全基因组标记开发和分型，获得叶绿素合成突变的特异性分子标记；依据差异标记序列，进行参考物种同源分析、同线性比对及基因定位；根据标记定位信息和候选功能区域开展功能基因注释，结合生化机制研究结果，筛选叶绿素合成突变的候选基因。截止项目结题时获得以下实验结果：（1）采用itraq方法提取叶绿体可溶性蛋白和类囊体膜蛋白进行蛋白组学分析，获得叶绿体可溶性蛋白差异蛋白381个，其中上调蛋白数量116个，下调蛋白数量265个，获得叶绿体类囊体膜蛋白差异蛋白1234个，其中上调蛋白数量526个，下调蛋白数量708个，对叶绿体可溶性蛋白和类囊体膜蛋白的差异蛋白进行GO、Kegg Pathway分析。（2）经简化基因组测序分析，获得SNP、INDEL多态性差异标记80个，54个差异标记定位在甘蓝基因组上，有5个区域内有基因并得到注释，包含9个差异标记，203个基因；56个差异标记定位在白菜基因组上，有12个区域内有基因并得到注释，包含28个差异标记，1459个基因；2个标记定位在拟南芥基因组上。项目实施过程中，由于材料繁殖及气候影响，实验方案优化及测试分析延误造成工作延迟，需待获得完整数据后完成汇总分析。本研究的结果的完成将有助于解析叶绿素合成途径中的关键调控步骤，揭示叶绿素缺乏的生化机制，获得与叶绿素合成突变有关的新序列信息，阐明黄化的分子机理。这对油菜光合系统结构与基因功能及其调控机制研究具有科学和实际意义。