月季皮刺发育的分子遗传机制研究

Prickles are are modified glandular trichomes continuing to grow and eventually hardening into their final prickle morphologies as outgrowths of epidermal tissue. Little is known about the molecular events in the development of prickles. Most of roses with prickles make difficult to grow, handle, harvest and transportation. Therefore, there is a strong demand from breeders to develop roses without prickle. In our previous study, we have developed two F1 populations, detected two QTLs and co-localised with a candidate gene (RcGIS3). RcZFP5 was a direct correlation gene proved by RT-qPCR. According to the above achievements, the current study will perform. Develop BC1W population to dissect genetic rule of prickles in rose. Transcripromic approach will be developed to study the genes implicated in prickle density and development stage. Candidate genes analysis will use by RT-qPCR technology. Statistical analysis will be performed for genetic and transcriptomic analyses to choose key genes. Key gene will clone in vector for genetic transformation of Arabidopsis and rose. Through the above research, we expect to dissect molecular genetic mechanism of prickle development in rose. These results can not only provide key candidate gene for rose molecular aided breeding, but also provide references of prickle development for other plants.

皮刺是表皮形成的突出物,由表皮毛在长期的进化过程中不断生长和硬化修饰而来，目前分子遗传机制一直不清楚。月季绝大多数品种具有皮刺且不脱落，给切花种植、采收、包装、运输等增加困难，给园林应用带来安全隐患。因此，无刺品种的选育已成为多数育种者的目标之一。本项目前期获得了两个F1皮刺分离群体，QTL分析检测到2个QTLs；候选基因RcGIS3与1个QTL位点重合；RT-qPCR检测到RcZFP5可能参与皮刺发育阶段I。在此基础上：构建BC1W群体；转录组途径寻找调控刺密度和发育阶段的差异基因；差异基因的RT-qPCR分析；整合三个途径的数据综合分析确定调控皮刺有无的关键基因；构建目的基因沉默或高表达载体，在拟南芥和月季中进行遗传转化功能验证。通过以上研究，以期探明月季皮刺发育的分子遗传机制，研究结果不仅为无刺月季品种的分子辅助育种提供重要候选基因，同时也为其他作物皮刺性状的研究提供参考。

皮刺是在许多植物中普遍存在的不受欢迎的性状，因为它给作物生产造成许多麻烦，使作物难以处理、收获，并且给种植者造成安全隐患。月季是最重要的观赏植物之一，大多数月季的茎上都有刺。生产者和育种者对无刺月季品种的需求旺盛，尤其是切花月季。由于皮刺起始和发育的分子遗传机制仍然很大程度上未知，使用分子标记进程辅助育种的方法对无刺育种还不可行，杂交育种仍然目前育种是主要手段。我们的目标是使用解剖学、遗传、转录组和基因组方法破译月季皮刺起始和发育的分子遗传机制。通过对蔷薇属内不同类型的皮刺的调查，我们定义了两种类型：非非腺体皮刺（NGPs）和腺体皮刺（GPs），其中NGP是最常见的。我们证明NGP起源于原皮下的分生组织，这与前人研究的不同。使用F1后代，我们检测到1个QTL控制茎干皮刺的有无和3个QTL与皮刺密度相关。我们验证了已知的在拟南芥中参与表皮毛起始的月季同源基因，发现有刺和无刺样品中同源候选基因的表达差异很微小（加之我们已证明了皮刺和表皮毛的起始组织不同），提出皮刺和表皮毛之间可能具有不同的基因调控网络，该论点与前人的论点相反。使用RNA-seq策略通过i)比较无刺和有刺的转录组和ii)比较皮刺各发育阶段，实现探索皮刺起始和发育的分子调控网络。我们已经筛选到控制皮刺起始和发育的最佳候选基因，并提出了皮刺起始分化和生长发育的分子调控网络假说。通过这个项目，我们建立了一个研究皮刺的遗传模型系统，并为皮刺研究打开了新窗口。