[发明专利]预测马铃薯种薯萌芽时间和块茎休眠期的生物标记及其应用

说明书

本发明提供一种预测马铃薯种薯萌芽时间和块茎休眠期的生物标记，包含在马铃薯种薯中的表达具有规律性的StGATA4L基因，所述StGATA4L基因具有如SEQ ID:1所示的核苷酸序列。本发明通过分析对比块茎从休眠到萌芽的基因表达谱并结合荧光定量技术，筛选到表达量随贮藏时间的变化非常灵敏的基因StGATA4L。该基因表达量随时间呈线性上升，并且催芽激素赤霉素和抑制发芽激素脱落酸处理不会引起其表达量剧变，即该基因的表达量可以作为检测块茎生理状态并预测萌芽时间的稳定标记；同时，发现块茎成熟收获时该基因起始表达量越低的品种其块茎休眠期越长，即利用该基因的初始表达水平可判断不同品种的休眠期。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种预测马铃薯种薯萌芽时间和块茎休眠期的生物标记。

背景技术

马铃薯利用块茎无性繁殖，除菜用、加工外，也用作种薯。块茎有休眠期，且不同基因型间的休眠期约30～150天不等，休眠过后会自行萌芽。当用作种薯时，需知道块茎萌芽时间，以便与播种季节一致，否则播种处于休眠期的种薯会出苗不齐或烂薯，而播种发芽过久的老化种薯则导致减产10％～30％。种薯在播种前能整齐萌芽，达到最佳生理状态，是保证产量的关键。块茎休眠期长短除受基因型决定外还受多种因素的影响，如种薯级别、生长环境、贮藏条件，这更增加了预判种薯萌芽时间的难度。在生产上常有将种薯贮藏一段时间再拿出来播种，剩余薯块再贮藏或晚贮藏等不同情况，仅凭经验或外观观察难以准确推断萌芽时间。

目前生产上一般通过肉眼观察块茎芽眼部位长出2～3mm的芽来确认块茎休眠解除萌芽，没有预测一批种薯准确发芽时间或休眠期的方法。通过经验判断则因影响块茎萌芽的因素多，往往准确性不高。目前没有准确判断块茎萌芽前生理状态的方法，即在人为观察确认块茎萌芽前(芽眼部位长出2～3mm的芽即认为块茎休眠解除萌芽)，不知道块茎是处于深度休眠期、休眠中期还是休眠末期即将萌芽。这给生产上的种薯调运、催芽以及延迟发芽等技术的使用带来不确定性和困扰，不利于马铃薯种薯质量控制。

不管是生长发育还是外部因素对植物的影响，都必然首先涉及到基因表达变化，即基因表达变化先于外观形态变化，可以作为植物生理状态的指示。研究已发现响应干旱、盐、低温、低磷等逆境的基因，并以这些基因的表达作为植物抗逆境能力的判断依据。

对马铃薯块茎由休眠向萌芽转变过程中的基因表达变化已有一些研究，但目前并未找到能通过检测基因表达量来预测块茎萌芽时间或块茎休眠期的方法。刘柏林(马铃薯块茎休眠与发芽抑制差减cDNA文库构建及相关功能基因克隆[D].硕士学位论文.甘肃:甘肃农业大学，2011)利用差减杂交技术筛选到腺苷二磷酸核糖基化/植物激素响应因子编码基因ARF，在马铃薯块茎的休眠解除过程中，该基因的表达量呈下降上升下降变化趋势，突破芽眼和芽长超过1cm为两个转折点，可以作为块茎解除休眠的内在标记，但要通过检测该基因表达量找到转折点意味着需要连续检测，较为耗时，同时也无法通过检测该基因表达来预测块茎萌芽前的生理状态和萌芽时间。Senning等(Senning M,Sonnewald U,Sonnewald S.Deoxyuridine triphosphatease expression defines the transitionfrome dormant to sprouting potato tuber buds[J].Mol.Breeding,2010,26:525–531)发现脱氧尿苷三磷酸酶编码基因的表达在块茎萌芽前7d前突然升高(块茎第77d萌芽，该基因在第70d突然升高)，认为可作为块茎由休眠向萌芽转变的标记之一。但该基因在这突然升高之前一直处于低水平的平稳表达状态，即不能通过检测该基因的表达来判断块茎向萌芽转变之前的生理状态，也无法预知块茎萌芽时间。同时Senning的试验还表明催芽剂赤霉素处理后9h该基因表达量即升高到萌芽时的表达量，但此时块茎并未发芽，判断受到干扰。即该基因表达仅能作为块茎由休眠向萌芽转折的标记，不能监测块茎生理状态变化，不能用于预测块茎休眠期和萌芽时间，且受催芽剂干扰。