小麥抗旱指標篩選與S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和功能分析.pdf

1、水資源短缺是目前全球性的焦點問題之一。在世界范圍內(nèi)干旱頻繁發(fā)生，全球性缺水問題日趨尖銳，干旱對作物生產(chǎn)造成的影響越來越大，干旱缺水已經(jīng)成為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的嚴重問題。 小麥是中國僅次于水稻的第二大糧食作物，在我國糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。但是，長期以來由于干旱和水資源短缺的制約導(dǎo)致我國小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)，一直徘徊不前。然而，到目前為止還沒有形成一套準確、可靠、簡單、統(tǒng)一的鑒定方法和指標體系。因此，研究小麥的抗旱性鑒定指標，提高

2、抗旱性鑒定與選擇的準確性，并結(jié)合分子生物學的技術(shù)進行抗旱候選基因的功能鑒定對于選育小麥抗旱新品種，促進糧食生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有著非常重要的作用。本研究應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論對不同小麥品種相關(guān)抗旱性鑒定指標進行了篩選；并克隆了甲硫氨酸循環(huán)中的關(guān)鍵基因S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因，初步分析了其和抗旱性的關(guān)系，得到如下結(jié)論： 1.采用灰色系統(tǒng)理論中灰色關(guān)聯(lián)分析方法對分別種植于干旱棚和大田自然降水兩個條件下的65個小麥品種的主要農(nóng)藝性狀和部分生

3、理生化性狀與其抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度進行分析和評價，確定了各性狀與抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度。依次為：氣孔導(dǎo)度(0.7995)、光合速率(0.7909)、蒸騰速率(0.7556)、可溶性糖含量(0.7467)、丙二醛(MDA)含量(0.7336)、游離脯氨酸含量(0.7267)、穗長(0.7102)、穗粒數(shù)(0.7095)、千粒重(0.7005)、水勢(0.6959)、有效分蘗數(shù)(0.6951)和株高(0.6866)。與抗旱指數(shù)關(guān)聯(lián)度最大的是和葉片氣孔

4、相關(guān)的生理生化性狀，它們在作物受到干旱脅迫時所受的影響最大，與作物抗旱性關(guān)系最為密切。因而可以選用氣孔導(dǎo)度、光合速率和蒸騰速率等生理生化性狀進行小麥抗旱性的以性狀為基礎(chǔ)的選擇，以提高選擇效率。 2.在計算所得加權(quán)抗旱指數(shù)的基礎(chǔ)上，對參試品種進行聚類分析，其中NC223、晉麥47、小偃6號、陜麥168、西農(nóng)4504、寧春27、洛旱6號和農(nóng)大優(yōu)麥2號等品種的抗旱性較好，其加權(quán)抗旱指數(shù)均達到了1.2000以上。聚類結(jié)果基本可以反映這些

5、品種的選育和利用區(qū)域，表明這些品種是與所選育和利用地區(qū)的干旱條件相適應(yīng)的，也說明計算所得到的各品種的加權(quán)抗旱指數(shù)可以較好地反映各品種本身的抗旱特性。 3.在上述聚類分析的基礎(chǔ)上，以NC223、小偃6號、小偃22、滄6003、煙D27、中國春和洛旱6號為材料，應(yīng)用同源克隆和RACE技術(shù)克隆了S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因，得到其全長cDNA序列，共計1420 bp。用中國春的序列進行序列分析發(fā)現(xiàn)該基因編碼396個氨基酸，含有3個相對保

6、守的結(jié)構(gòu)域(N端、C端和中間結(jié)構(gòu)域)。并將其氨基酸序列與大麥、水稻和一粒小麥上已經(jīng)克隆的該基因編碼的氨基酸序列進行比較，發(fā)現(xiàn)其同源性分別為100％、84％和45％，說明其和大麥的親緣關(guān)系最近。并對這7個材料進行了比較，發(fā)現(xiàn)僅有少數(shù)單堿基的變異。 4.在克隆所得該基因序列的基礎(chǔ)上，應(yīng)用BSMV-VIGS技術(shù)以NC223為材料對該基因進行沉默，初步分析了其和抗旱性的關(guān)系。從沉默結(jié)果看，沉默植株經(jīng)干旱脅迫后較正常植株在形態(tài)上有明顯的變