核质不相容-PGI障碍所致的马蹄莲种间杂种白化机制的研究

The colored Zantedeschia is a very important new flower. It's not only good for cut flower and pot plant, also good for landscape. However, production of the colored Zantedeschia is affected severely with the disease of soft rot caused by Erwinia carotovora subsp. Carotovora (called as Pectobacterium carotovora subsp. Carotovora now). Although the traditional species 'Z. aethiopica' has a very high resistance to this pathogen, the introgression of R-genes from the 'Z. aethiopica' into the cultivars of colored Zantedeschia is impossible due to Plastome-Genome Incompatibility (PGI). The interspecific hybrids suffer from PGI are albino plants, so breeding for resistance to soft rot is blocked. In this study, The ultra-structures of chloroplast in the albino plants will be observed, and the genes involving in the occurance of albinism will be selected by RNA sequencing,and confirmed by quantitative RT-PCR, and cloned by RACE. The functions of the selected genes will be analyzed and identified via expressing them in the plants. All data will be used to explore the mechanism of albinism in the interspecific hybrids of Zantedeschia from PGI, which will be valuable for breeding new varieties with resistance and other important traits in the future.

彩色马蹄莲是世界重要的新兴花卉，不仅是优质的切花和盆花材料，还是非常理想的园林花卉，但欧文氏细菌引起的软腐病，对彩色马蹄莲生产造成了极大地的威胁。虽然传统栽培的白花马蹄莲Zantedeschia aethiopica具有很强的抗性，由于核-质基因不相容（Plastome-Genome Incompatibility,PGI）障碍，二者杂交只能得到白化后代，使抗性育种难于进行。本项目拟从PGI障碍引起的白化后代着手，利用转录组RNA测序分析技术，获得白化相关基因转录水平的差异，然后利用荧光定量RT-PCR验证特异基因转录水平差异的真实性，并通过RACE克隆白化相关重要基因全长后，进行相关基因的功能分析和验证，结合电镜观察白化后代中叶绿体异常发育的特点，解析导致马蹄莲种间杂种白化的分子机制，以期为进一步的抗性和其它优良性状新品种培育的研究提供理论依据。

彩色马蹄莲是世界重要的新兴花卉，但彩色马蹄莲的发展却因软腐细菌（Pectobacterium carotovora subsp. Carotovora，Pcc）引起的软腐病受到了极大的限制。该病菌是目前世界范围内对彩色马蹄莲生产具有毁灭性威胁的病害，已有的生物、化学和栽培防治方法均只能一定程度、部分的控制该病害，培育抗性品种对解决马蹄莲软腐病危害具有重要意义。马蹄莲具有天然的抗性资源，白花组（section Zantedeschia）的白花马蹄具有极强的软腐病抗性。但由于核质基因不相容障碍（Plastome-genome incompatibility, PGI），白花组和彩花组的杂交只能得到白化后代，限制了抗性基因从白花种渗入到彩色马蹄莲中。因此对马蹄莲远缘杂交核质基因不相容障碍机制的研究对马蹄莲产业发展意义重大。.本研究以抗病的白花马蹄莲与感病的彩色马蹄莲及其杂交产生的白化后代为材料，利用转录组高通量测序，结合叶绿体基因组分析、白化后代叶绿体发育解剖学特征、白化后代光合色素特征，发现马蹄莲远缘杂交后代白化发生与光保护色素的缺失及光合作用中心捕光蛋白基因表达异常密切相关，具体结果为：.1.利用胚拯救等技术成功获得彩色马蹄莲与白花马蹄莲杂交的白化后代，并建立其离体快繁技术体系，为研究白化后代的解剖结构、生理生化、分子表达等特征奠定材料基础。.2.通过电镜观察比较白化苗与正常绿色苗的解剖结构，发现白化苗中含有正常叶绿体和正在降解的叶绿体，表明白化苗叶绿体发育合成的相关基因正常，叶绿体降解相关基因有可能存在异常。.3.利用高效液相色谱分析，发现马蹄莲白化苗缺乏主要光保护色素β-胡萝卜素和叶黄素，为解析马蹄莲白化机制及相关基因的筛选提供了重要的依据。.4.通过转录组测序和qRT-PCR分析发现捕光蛋白（LHC-cp）、β-胡萝卜素羟化酶等7个光合作用及色素合成的关键基因表达显著差异，为进一步揭示马蹄莲白化分子机制奠定了坚实的基础。.5.培养研究生4人，已发表论文 4 篇，另有 2 篇分别被 Journal of Agricultural Science and Technology (SCI)、浙江大学学报（农业与生物科学版）接收待发表。