小麦生长素结合基因TaABP1-D的克隆、功能标记开发及其与株高的关联

生长素在植物生长发育过程中通过建立浓度梯度来调控植物的株型。ABP1 (auxin binding protein)作为生长素受体, 在质膜上相关生长素响应活动中起着重要的作用。本研究从普通小麦中国春基因组数据库中分离了TaABP1基因的基因组序列, 根据基因组间序列差异将 TaABP1 定位于小麦第5同源群。在中国春中克隆得到TaABP1-D基因的gDNA和cDNA序列。TaABP1-D基因的开放阅读框为1 887 bp, 编码205个氨基酸, 含有ABP1蛋白典型的内质网滞留信号KDEL及Box区域。表达分析表明, TaABP1-D在普通小麦中国春拔节期的根、茎基部、茎上部和叶尖均有表达, 相对表达量为叶尖>茎上部>根>茎基部, 与小麦的株型发育关系密切。系统发育分析表明, ABP1基因在植物中较为保守, TaABP1-D是水稻OsABP1的直向同源基因。针对TaABP1-D基因上游调控区重复序列差异(GT)_6/5开发了一个SSR标记, 该标记在W7984× Opata85重组自交系(RIL)群体中对株高的表型变异解释率为9.7%, 是一个与株高极显著关联的功能标记; 其中对应高秆类型的等位变异属野生种特有, 在栽培种中被淘汰, 推测TaABP1-D基因在小麦驯化过程中可能经历了瓶颈效应。     

小麦籽粒休眠Vp1-B1基因的等位变异检测与分离

Vp1基因是控制籽粒休眠性的重要基因之一,检测该基因的等位变异类型,可以进一步理解籽粒休眠以及穗发芽抗性的遗传控制机理.本文根据GenBank中小麦Vp1-B1基因序列设计特异引物检测我国小麦微核心种质以及地方品种和推广品种,结果表明,本研究除了发现已报道的3种等位变异类型,分别为Vp1-B1a、Vp1-B1b和Vp1-B1c,另外检测到一种新的变异类型,暂命名为Vp1-B1x.经改良的变性PAGE凝胶电泳检测以及序列比对分析表明,Vp1-B1x与Vp1-B1c基因的序列相似性最高,达99%;其在第3内含子区域发生"ATAT"4个碱基的插入以及4个SNP,但是该等位类型在所检测的品种中分布较少,其与籽粒休眠水平及穗发芽抗性之间的关系尚待进一步验证.     

小麦抗坏血酸过氧化物酶TaAPX基因克隆与表达分析

为了研究非生物胁迫处理下小麦抗坏血酸过氧化物酶(APX)的作用,以小麦百农207为试验材料,根据小麦APX基因序列,采用RT-PCR技术对小麦APX基因进行克隆、生物信息学分析及组织表达模式分析;对小麦进行非生物胁迫处理,分析小麦APX基因在环境胁迫条件下的表达特征。结果表明,TaAPX基因包含876 bp的开放阅读框,编码1个291个氨基酸组成的蛋白质,分子质量为31.73 ku,等电点为7.74,分子式C_(1417)H_(2246)N_(394)O_(423)S_5,TaAPX可能是两性蛋白,无信号肽,为非分泌蛋白。蛋白质序列比对和进化树分析表明,小麦与大麦的APX编码蛋白的氨基酸全长序列相似性最高达到97.25%,亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,TaAPX在小麦幼根、茎、茎节、幼叶、叶鞘、雌蕊和雄蕊中均有表达,其中在幼叶中表达量最高,其次是茎、茎节,在幼根、叶鞘中表达量较低,在雌、雄蕊中表达量最低。在非生物胁迫条件下该基因受干旱、低温胁迫表达增强,而在NaCl胁迫和渗透胁迫下表达降低。综上,获得了TaAPX基因的编码区序列,分析发现其响应干旱、低温和盐等逆境胁迫,提示该基因可能与小麦抗逆境机制密切相关。     

小麦AGPase胞质型大亚基基因的克隆与表达分析

从大粒型小麦品种豫教2号中克隆出调控小麦ADPG焦磷酸化酶(AGPase)胞质型大亚基基因(LSU I)cDNA全长。在花后15 d的小麦植株中, 通过半定量PCR法, 发现LSU I基因在叶、籽粒、叶鞘和颖壳中表达量较高, 但在根和茎中表达量较低, 表明在绿色光合功能器官和淀粉合成器官中, LSU I基因量表达较高。比较了LSU I基因在千粒重不同的豫教2号和兰考矮早八两小麦品种籽粒发育过程中的表达差异后, 发现在籽粒形成期, LSU I基因在两品种籽粒内表达相似, 但在籽粒灌浆期和成熟期间, LSU I基因在千粒重较高的豫教2号内表达量明显高于千粒重较低的兰考矮早八, 这个表达差异与两品种间淀粉积累差异趋势相似, 表明LSU I基因的表达量可能与淀粉的积累量密切相关。     

新疆小麦籽粒硬度Puroindoline b相关基因等位变异的分子检测

Puroindoline b-2(Pinb-2)基因与籽粒硬度基因Puroindoline b序列高度相似,与小麦籽粒硬度及其产量性状密切相关。本研究以3个籽粒硬度基因(Pina-D1,Pinb-D1和Pinb-2)的特异性功能标记对新疆99份冬小麦和24份春小麦品种(系)进行分子标记检测。在123份新疆小麦品种(系)中Pina-D1和Pinb-D1基因位点Pina-D1a、Pina-D1b、Pinb-D1a和Pinb-D1b等位变异的频率分别为85.4%、14.6%、57.7%和42.3%;在Pinb-2位点,39.0%的小麦品种含Pinb-2v2(低千粒重)等位基因,61.0%的小麦品种含Pinb-2v3(高千粒重)等位变异。在3个位点基因型组合分析表明,在所检测的新疆小麦种质中共有6种基因型组合,其中2种软质麦基因型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v2,Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3和3种硬质麦Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v2、Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v2、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3,其分布频率分别为19.5%、22.8%、13.05%、30.1%、6.5%和8.1%。新疆冬小麦共有5种基因型组合,在不同类型冬麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为地方品种(52.9%)自育品种(25.6%)引进品种(12.8%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和PinaD1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:引进品种(53.8%)自育品种(32.5%)地方品种(5.9%);新疆春小麦共有6种基因型组合,在不同类型春麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:早期品种(20.0%)晚期品种(10.5%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:晚期品种(47.4%)早期品种(45.8%)。新疆小麦以硬质麦为主,在软冬麦、硬冬麦、软春麦和硬春麦中均是具有Pinb-2v3(高千粒重)等位变异类型的分布频率高于具有Pinb-2v2(低千粒重)等位变异类型。将3个位点特异性标记结合起来使用,不仅能有效的应用于小麦与籽粒硬度改良,同时能应用于小麦产量性状改良方面。     

小麦TaWRKY71a基因克隆、生物信息学及表达分析

WRKY蛋白是主要存在于植物体内一类转录因子家族,在植物的生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示小麦WRKY基因功能,从普通小麦中克隆出Ta WRKY71a基因后进行氨基酸序列分析,并对Ta WRKY71a基因在不同组织及不同胁迫条件下的表达模式进行分析。结果表明,Ta WRKY71a基因编码一个含有355个氨基酸的蛋白质。氨基酸序列分析显示,Ta WRKY71a蛋白含有1个WRKY结构域及1个C2H2锌指结构。预测分析表明,Ta WRKY71a蛋白定位在细胞核;其二级结构包含28.17%的α-螺旋、16.34%的延伸链、4.79%的β-转角和50.70%的无规则卷曲。不同物种间WRKY蛋白的同源性分析比较表明,Ta WRKY71a与粗山羊草WRKY71、水稻WRKY71、高粱WRKY71和拟南芥WRKY40的氨基酸序列之间具有高度的保守性。q RT-PCR分析表明,Ta WRKY71a在叶、根、茎、花和种子中均有不同程度表达,并受ABA、Na Cl和PEG诱导表达,推测该基因可能参与小麦逆境胁迫应答。研究结果为进一步研究Ta WRKY71a的生物学功能奠定了基础。     

普通菜豆镰孢菌枯萎病抗病相关基因PvCaM1的克隆及表达分析

钙调素蛋白(calmodulin,CaM)作为植物细胞内介导多种功能的Ca²⁺结合蛋白,在调节植物的生长发育和抗病性方面具有重要作用。利用普通菜豆(Phaseolus vulgaris L.)表达序列标签(EST)克隆了含有编码普通菜豆CaM基因的cDNA序列。序列分析表明,cDNA片段长713 bp,命名为PvCaM1,具有一个453 bp的开放阅读框(ORF),GenBank登录号为JN418801,该基因编码150个氨基酸,预测蛋白质分子质量为17.16 kD。蛋白质结构分析表明,PvCaM1蛋白含有4个Ca²⁺结合结构域(EF-hand)。同源分析结果显示,PvCaM1基因与百脉根、西瓜的CaM基因亲缘关系最近,分别达到77%和76%。荧光定量PCR分析表明,PvCaM1基因受尖孢镰孢菌菜豆专化型FOP-DM01菌株诱导表达,接种病原菌96 h,抗病品种260205根中PvCaM1基因的表达量达到最高,而感病品种BRB-130达到最低,260205叶中PvCaM1基因的表达量均高于BRB-130,而且叶中的表达量高于根和茎中的表达量。PvCaM1基因表达量也受外源植物激素脱落酸、茉莉酸甲酯和乙烯利诱导上调,在根、茎、叶中均有不同程度的表达。本研究表明PvCaM1基因可能通过脱落酸、茉莉酸和乙烯等信号途径参与菜豆对FOP-DM01菌株的防御反应,推测菜豆PvCaM1基因与镰孢菌枯萎病的抗病性有一定关联。     

大麻FT同源基因CsHd3a的克隆及表达谱分析

为探究FT基因在大麻光周期途径中调控开花的作用,从工业大麻品种庆麻1号(Q1)中使用PCR技术克隆了FT同源基因cDNA序列,命名为CsHd3a。利用生物信息方法对该基因序列特征进行了分析,并使用实时荧光定量(qRT-PCR)技术研究其组织特异性表达模式。选取了晚花品种云麻7号(Y7)与早花品种Q1使用qRT-PCR技术进行了长、短日照下的表达谱分析,并分别克隆了2个品种的CsHd3a基因,对其氨基酸序列进行了差异分析。结果表明,CsHd3a基因CDS全长为543 bp,编码180个氨基酸,包含PEBP家族蛋白结构域。系统进化分析表明,CsHd3a蛋白与棉花的GhFT1蛋白亲缘关系最近。组织特异性分析表明,大麻CsHd3a基因在叶片中高表达,在根和茎中几乎不表达。qRT-PCR分析结果表明,Q1在短日照(SD)处理下表现出节律性变化,且在8:00达到最高,而在长日照(LD)处理下几乎不表达。SD条件下,早花品种Q1 CsHd3a基因表达量显著高于晚熟品种Y7。此外,CsHd3a氨基酸序列在Q1和Y7存在5处氨基酸差异,其差异是否因其保守结构域PEBP功能的变化还有待进一步研究。综上,获得了CsHd3a基因的CDS序列,初步探究了早、晚花品种Q1和Y7 CsHd3a基因的时空表达模式,为探究大麻开花光周期途径的机理奠定了研究基础。     

水稻超亲变异系和品种间OsRSR1基因序列比较及其性状变异机制分析

为了比较分析OsRSR1表达特点及序列和功能变异与性状遗传变异关系,选用籽粒直链淀粉含量很高的籼稻品种和极低的糯稻品种及遗传背景相似,但籽粒直链淀粉含量存在显著差异的粳稻亲本和杂交子代超亲变异系等为供试材料,进行转录因子基因OsRSR1的克隆、表达量测定及生物信息学分析。结果表明,灌浆初始阶段和后期阶段OsRSR1表达量大,灌浆中期表达量小,呈V字形变化,籽粒OsRSR1表达量高的品种其籽粒直链淀粉含量低,反之表达量低的品种籽粒直链淀粉含量高,二者间呈负相关关系,而且品种间有性杂交子代OsRSR1表达量会出现超亲变异;籽粒直链淀粉含量不同的水稻品种间OsRSR1全长DNA碱基序列及mRNA碱基序列和氨基酸序列并不完全一致,存在着多态性,与亲本相比有性杂交后代DNA碱基序列无论是在外显子区还是内含子区都可发生变化,而且DNA转录mRNA过程中也发生个别碱基的变化,形成与DNA碱基序列不配的mRNA碱基序列,最终形成同义或非同义的三联体密码,是性状产生遗传变异和基因多态性的重要途径; OsRSR1由8个外显子和7个内含子组成,基因序列的碱基变化均未改变基因的完整结构,籽粒直链淀粉含量差异显著的6个供试材料间的个别氨基酸差异并未导致OsRSR1蛋白的基本元件和功能变化,该蛋白结构域保守性很强。为深入研究基因转录水平的分子调控和遗传变异机制提供理论依据。     

等位变异Vrn-B1a和Vrn-B1b的春化效应及其在黄淮冬麦区小麦品种中的分布

春化基因Vrn-B1是决定黄淮冬麦区小麦品种冬春性的主要基因之一, 研究其不同显性等位变异的低温春化作用效应及分布, 对该区小麦品种选育和推广具有重要意义。以等位变异Vrn-B1a品种皖麦33与等位变异Vrn-B1b品种豫麦34为亲本构建杂交组合, 对其F₂代进行5~35 d的低温春化处理, 并在温室(22±3℃,16 h昼/8 h夜)鉴定抽穗期, 结合分子标记分析低温春化处理时间对各等位变异型抽穗期的影响。同时对228个黄淮冬麦区小麦品种进行相关位点分子检测, 分析该基因等位变异的分布特点。各春化处理均使两种等位变异小麦植株的抽穗期提前, 但Vrn-B1a抽穗时间比Vrn-B1b晚约2 d。从春化处理当天至处理后25 d, 2种等位变异类型的抽穗时间均随春化时间的延长而缩短; 继续延长春化时间, 抽穗期不再缩短, 表明满足两种等位变异完成春化的低温时间为20~25 d。在228个品种中, Vrn-B1位点有214个(93.9%)隐性和14个(6.1%)显性等位变异。其中, 显性等位变异Vrn-B1a有6个, 占总品种数的2.6%; Vrn-B1b有8个, 占总品种数的3.5%。在黄淮冬麦区小麦品种中, 春化基因Vrn-B1位点至少存在Vrn-B1a和Vrn-B1b两种显性等位变异类型, 两种等位变异类型纯合小麦植株的抽穗时间不同。