马铃薯块茎光照变绿时质体和线粒体DNA含量的变化

作     者：张国栋 

作者单位：甘肃农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：司怀军

授予年度：2015年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：马铃薯 薯块变绿 叶绿体 线粒体 DNA稳定性 

摘      要：细胞核基因组、质体基因组、线粒体基因组的协调表达是植物正常生长、发育的必要条件。此前有研究报道植物的质体基因组DNA和线粒体基因组DNA会因光照而降解。在叶绿体光合磷酸化产生的ATP是否会降低细胞对线粒体的需求这两个问题上也存在争论。大多数对变绿过程中叶绿体基因组的研究是以植物的叶片为材料,还缺乏对其他组织器官中的研究,因此我们还不确定植物不同组织器官的叶绿体基因组在稳定性等方面是否存在共性。在本研究中,我们采用马铃薯品种“费乌瑞它和“夏波蒂的块茎为实验材料,每一品种的块茎分成两组,分别进行光照(变绿)处理和避光处理;费乌瑞它的光照实验包含两组重量不同的块茎,以研究不同重量块茎在变绿时DNA含量的变化。在经过光照(变绿)处理和避光处理后,光照组削取1-2 mm厚的块茎表层变绿组织以提取总DNA,避光组则削取与光照组相同部位的组织。然后采用实时定量聚合酶链式反应(Real-time quantitative polymerase chain reaction;简称real-time PCR)和长链聚合酶链式反应(Long PCR)的方法来分析块茎表皮组织的总DNA。***-time PCR实验中的参考引物对B20B22为核基因组(Solanum tuberosum cultivar DM 1-3 516 R44 unplaced genomic scaffold,SolTub.0scf00001,whole genome shotgun sequence)单拷贝区;叶绿体引物对C5C6扩增序列位于叶绿体基因组accD基因(乙酰辅酶A羧化酶β亚基基因acetyl-Co A carboxylase beta subunit)的单拷贝区;线粒体引物对C13C14、C15C16扩增序列位于线粒体基因组的单拷贝区,C13C14对应线粒体ATPase 6基因的片段,C15C16对应线粒体COX I基因的片段,两个基因分别为线粒体呼吸功能关键酶ATP合成酶(ATPase)和细胞色素C氧化酶(COX)的蛋白亚基编码基因,以上引物对依据Li等(未发表)。通过real-time PCR数据分析表明:块茎重量相似时,光照处理组的块茎变绿组织总DNA与避光处理组的块茎表皮组织总DNA相比,其质体基因组DNA拷贝数有所降低,线粒体基因组DNA拷贝数也表现出明显地降低;这一结果在马铃薯品种“费乌瑞它和“夏波蒂的块茎中均有表现。这可能表明了在经过光照处理的两个马铃薯品种的块茎变绿组织中,细胞对质体总量的需求有所降低,以及细胞降低了对线粒体呼吸作用产生ATP的需求。在块茎重量不同的情况下,较重块茎的细胞器基因组DNA拷贝数多于较轻的块茎。较重块茎变绿组织的叶绿体基因组DNA拷贝数较多;C13C14所扩增的ATPase 6基因拷贝数增加显著(P0.05),C15C16扩增的COX I基因拷贝数增加极显著(P0.01)。*** PCR的实验中,我们选取马铃薯叶绿体基因组中一段长度为8033bp(GenBank accession ***772171基因组的7261-15293位置)的序列设计引物。马铃薯品种“费乌瑞它和“夏波蒂的光照变绿组织的总DNA中均成功扩增出了长度约8000 bp的序列,结果表明质体基因组DNA基本稳定。这些结果表明在两个品种的块茎变绿组织中质体基因组DNA拷贝数受光照影响而降低,随块茎质量增大而增加;变绿组织线粒体DNA的拷贝数受光照影响降低,随块茎重量增大而增加。