轉(zhuǎn)Zmpepc基因小麥分子特征鑒定與功能研究.pdf

1、為了進(jìn)一步提高C3植物小麥的產(chǎn)量水平，本實驗室采用同源克隆的方式已從C4植物玉米自交系Z561克隆了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶Zmpepc基因，并采用基因槍法導(dǎo)入到普通小麥品種周麥19之中，以期利用Zmpepc基因提高小麥的光合速率，進(jìn)而實現(xiàn)小麥品種生物學(xué)產(chǎn)量及籽粒產(chǎn)量的提高。本研究對已獲得的57個轉(zhuǎn)基因T4代株系進(jìn)行了分子與光合功能鑒定，獲得了該基因高表達(dá)的純合株系和高陽性率株系，并以此為材料研究了Zmpepc基因?qū)π←渻?nèi)源光合相關(guān)基因表

2、達(dá)的影響效應(yīng)，以探討玉米C4途徑關(guān)鍵基因Zmpepc改良小麥光合性能的機制，獲得以下研究結(jié)果:
　　1.經(jīng)PCR檢測在57個轉(zhuǎn)Zmpepc基因T4代株系中篩選到1個陽性率為100％的純系08T(1)-27-3-22-1和2個高陽性率株系08T(1)-45-3-2-2(71.43％)和08T(1)-51-4-5-6(91.89％)?？截悢?shù)分析結(jié)果表明Zmpepc基因以1-2個拷貝整合到轉(zhuǎn)基因小麥基因組的不同位點，其中轉(zhuǎn)基因株系08T

3、(1)-27-3-22-1和08T(1)-51-4-5-6表現(xiàn)為單拷貝整合;08T(1)-45-3-2-2以1-2個拷貝整合。轉(zhuǎn)基因株系08T(1)-27-3-22-1、08T(1)-45-3-2-2、08T(1)-51-4-5-6中Zmpepc基因的相對表達(dá)量分別為對照的1.76倍、1.55倍和1.59倍，差異均達(dá)顯著水平。Western雜交結(jié)果表明Zmpepc在小麥中能夠正常翻譯。
　　2.Zmpepc基因?qū)胄←満罂娠@著提高

4、植株的凈光合速率和PEPC酶的活性，并對其產(chǎn)量性狀產(chǎn)生影響。3個轉(zhuǎn)基因株系抽穗期旗葉凈光合速率測定結(jié)果表明，08T(1)-27-3-22-1、08T(1)-45-3-2-2和08T(1)-51-4-5-6的旗葉凈光合速率分別比對照提高17.04％、10.39％和9.92％，其中08T(1)-27-3-22-1的旗葉凈光合速率最高，為29.6μmol·m-2·s-1。酶活測定結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因株系08T(1)-27-3-22-1、08T(1

5、)-45-3-2-2和08T(1)-51-4-5-6中PEPC酶活性分別為對照的2.82倍、2.04倍和2.44倍，其中08T(1)-27-3-22-1與對照相比增幅最大。單株產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因小麥的單穗重和千粒重與對照相比均明顯提高，具有提高小麥產(chǎn)量水平的潛力。
　　3.轉(zhuǎn)基因植株中Zmpepc基因的表達(dá)使小麥內(nèi)源光合相關(guān)基因ppdk、nadp-me、rbcL的表達(dá)明顯上調(diào)，相應(yīng)的酶活性在轉(zhuǎn)基因植株中均比對照有所提高。

6、外源Zmpepc的導(dǎo)入，使得轉(zhuǎn)基因植株內(nèi)pepc、ppdk、nadp-me、rbcL基因的相對表達(dá)量分別比對照提高0.63倍、0.45倍、0.36倍和0.82倍，rbcS相對表達(dá)量相比對照略微上調(diào)。酶活性測定結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株內(nèi)PEPC、PPDK、NADP-ME和RuBPc酶的活性分別比對照提高1.43倍、0.13倍、0.38倍和0.21倍。
　　4.在田間自然條件下，對抽穗期純系08T(1)-27-3-22-1和受體周麥19的

7、旗葉進(jìn)行表達(dá)譜分析，共獲得456個差異表達(dá)基因，其中有229個基因上調(diào)表達(dá)，227個基因下調(diào)表達(dá)，實時熒光定量PCR的驗證結(jié)果與芯片結(jié)果基本一致，證明芯片結(jié)果是可靠的。功能已知的差異基因分為9類，包括生物代謝、逆境脅迫反應(yīng)、光合作用、細(xì)胞壁、信號傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育相關(guān)、轉(zhuǎn)運蛋白、激素等。通過分析發(fā)現(xiàn)，與對照周麥19相比，轉(zhuǎn)基因植株中與光合作用、生物和非生物脅迫、氨基酸代謝、碳水化合物代謝、次生代謝等密切相關(guān)的基因表達(dá)量上調(diào)，在田間自然