小麥產(chǎn)量相關基因TaSPLs的克隆和功能分析.pdf

1、小麥(Triticum aestivum L.)是人類最主要的糧食作物之一,提高產(chǎn)量潛力是我國小麥品種改良的長期任務。挖掘和利用優(yōu)異的基因資源,將為培育產(chǎn)量潛力更高的小麥新品種奠定材料基礎。小麥的整個生育過程即從營養(yǎng)生長到生殖生長階段,都會影響小麥的穗部和籽粒發(fā)育,進而影響產(chǎn)量。SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)基因是植物特有的一類轉錄因子,廣泛參與植物的生長發(fā)育,其部分成員受miR1

2、56調控。SBP-box基因除促進植物不同生育相之間的轉變之外,在調控花和果實發(fā)育方面也有重要作用,最終影響產(chǎn)量。本文克隆了小麥響應穗部發(fā)育的SBP-box基因TaSPL17、TaSPL20和TaSPL21,將TaSPL20和TaSPL21-D轉化擬南芥和水稻,并分析了TaSPL17和TaSPL21基因多態(tài)性,揭示其對小麥穗部發(fā)育的功能。主要研究結果如下:
　　1、小麥TaSPL20和TaSPL21基因的克隆、表達分析和亞細胞定位

3、。在六倍體小麥中擴增獲得TaSPL20的基因組和CDS全長序列分別為2028 bp和1167 bp,含3個外顯子和2個內(nèi)含子;TaSPL21-A基因組和CDS全長序列分別為2699 bp和1347 bp,TaSPL21-D基因組和CDS全長序列分別為2414 bp和1359 bp,含有3個外顯子和2個內(nèi)含子。在小麥不同發(fā)育時期TaSPL20和TaSPL21-D基因的表達模式響應小麥穗部發(fā)育。通過轟擊洋蔥內(nèi)表皮細胞和轉化小麥原生質體的瞬時

4、表達,將TaSPL20和TaSPL21均定位于細胞核。將TaSPL20和TaSPL21-D轉化水稻,分別得到T1代轉基因株系23株和28株,為后期通過表型鑒定驗證基因功能奠定了基礎。
　　2、小麥tae-MIR156前體基因及其靶基因TaSPL17的克隆與多態(tài)性分析。克隆了小麥tae-MIR156前體基因,轉錄后能夠形成莖環(huán)結構。小麥的10個SBP-box基因中,僅TaSPL3和TaSPL17在編碼區(qū)存在tae-miR156識別位

5、點。SPL17在普通小麥的A基因組供體種烏拉爾圖小麥(Triticum urartu,AA) UR209和B基因組供體種擬斯卑爾脫山羊草(Aegilops speltoides,BB)Y2001中均為多拷貝(SPL17-A1、SPL17-A2和 SPL17-A3;SPL17-B1、SPL17-B2和 SPL17-B3),在 D基因組供體種粗山羊草(Aegilops tauschii,DD) Ae38中僅檢測到一種序列(SPL17-D);

6、SPL17-A2與SPL17-B2, SPL17-A3與SPL17-B3、SPL17-D兩兩之間序列的一致性程度均大于99％,且與普通小麥(中國春、衡觀35和雙豐收)的TaSPL17序列具有較高的一致性,揭示它們可能來源于共同的祖先基因,并且在進化過程中高度保守。靶基因 TaSPL17中的tae-miR156識別位點非常保守,在根據(jù)單株穗數(shù)和基因型多樣性挑選的 SubP1和SubP2群體中均未檢測到tae-miR156識別位點存在變異堿

7、基。
　　3、克隆的小麥TaSPL21-A和TaSPL21-D基因序列包括基因區(qū)和啟動子區(qū),利用中國春缺四體材料和祖先種材料分別定位于6A/6D染色體上;利用加倍單倍體(DH)群體(旱選10號×魯麥14)將TaSPL21-A定位于小麥6AS上,位于SSR標記CWM306和Xpsp3071之間;利用重組自交系(RIL)群體(Opata85×W7984)將TaSPL21-D定位于6DS上,位于SSR標記Xgwm325-6D和Xcdo2

8、70-6D之間。
　　4、在TaSPL21-D基因的啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)2個SNP,形成三種單倍型HapI、HapII和 HapIII,開發(fā)了2個 CAPS標記 SNP1和 SNP2來區(qū)分這三種單倍型。TaSPL21-D-SNP1位點及其與TaSPL21-D-SNP2位點構成的單倍型與12個環(huán)境中的千粒重呈極顯著關聯(lián),其解釋率分別為5.30%-11.40%和6.97%-12.22%。TaSPL21-D-SNP1-C為優(yōu)異的等位變異,Hap