油菜次生休眠导致基因扩散的生物学机制

在油菜产区，由于收获季节种子大量落粒并且地下种子库持续存在，地下种子一旦条件适宜便发芽长大，成为杂草和污染源。次生休眠特性是导致油菜地下种子库长期存在和自生苗繁衍的根本原因，也是造成油菜基因扩散的重要原因。当前，缺乏对油菜次生休眠特性的认识已经成为影响我国油菜生产质量和转基因油菜产业化进程的一个重要瓶颈。本项目以具有代表性的89个转基因油菜和我国主栽油菜品种为材料，考察不同油菜品种次生休眠特性的程度和遗传多样性，明确光、温、水、气四种环境因子在诱发次生休眠中的作用，探讨次生休眠与内源激素和基因表达的关系，进而从环境、生理和遗传三个方面综合分析油菜次生休眠发生的原因与规律，揭示油菜次生休眠导致基因扩散的生物学机制。研究结果对于调控油菜种子休眠、控制自生苗危害、减少或杜绝种子造成的基因扩散等均具有重要的理论意义与现实意义，同时也将为我国转基因油菜的产业化和环境安全管理提供科学依据。

在油菜产区，由于收获季节种子大量落粒并且地下种子库持续存在，地下种子一旦条件适宜便发芽长大，成为杂草和污染源。次生休眠特性是导致油菜地下种子库长期存在和自生苗繁衍的根本原因，也是造成油菜基因扩散的重要原因。因此，次生休眠性是油菜生产和转基因油菜环境安全评估的重要性状。当前，缺乏对油菜次生休眠特性的认识已经成为影响我国油菜生产质量和转基因油菜产业化进程的一个重要瓶颈。本项目以具有代表性的转基因油菜和我国主栽油菜品种为材料，考察不同油菜品种次生休眠特性的程度和遗传多样性，明确光、温、水、气四种环境因子在诱发次生休眠中的作用，探讨次生休眠与内源激素和基因表达的关系，进而从环境、生理和遗传表达三方面综合分析油菜次生休眠发生的原因与规律。.通过项目实施，成功解决“我国油菜品种次生休眠的遗传多样性”这一关键科学问题，筛选出4个次生休眠性较强品种和5个较弱品种。研究发现，干旱是诱导油菜种子次生休眠的主要环境因子；亲本印记是次生休眠性状遗传的重要特点。进一步利用HiSeq2000测序平台，对次生休眠特强品种在休眠前后的种子转录组进行了RNA-seq分析：未休眠种子（对照）转录组获得了4.12 Gbp有效序列数据，休眠种子转录组获得了4.25 Gbp有效序列数据；从头拼接出29740个序列长度≥500 bp的转录本，筛选到529个显著上调表达和284个显著下调表达的差异表达转录本，其中包含46个转录因子基因转录本和12个蛋白激酶基因转录本；对ABA、GA合成代谢和信号转导基因转录本的分析显示，前者在次生休眠种子中基本表现出增强ABA合成和信号转导的表达趋势，后者表达则无一致性趋势；对已知休眠基因转录本的分析显示，它们在次生休眠种子中的表达水平大多与功能一致。.本研究已申请国家发明专利2项并成功获得授权，在SCI源等核心期刊发表论文4篇。相关研究结果对于调控油菜种子休眠、控制自生苗危害、减少或杜绝种子造成的基因扩散等均具有重要的理论意义与现实意义，同时也将为我国转基因油菜的产业化和环境安全管理提供科学依据。