小麦蛋白磷酸酶2A结构亚基基因TaPP2Aa的功能标记作图

 【目的】开发小麦抗旱相关蛋白磷酸酶结构亚基基因TaPP2Aa的功能标记并作图,为分子标记辅助选择抗逆育种提供依据。【方法】测序得到普通小麦及其野生近缘种TaPP2Aa的基因序列,分析其SNP位点差异,设计3对基因组特异引物和6对基因组内等位基因特异引物,利用中国春缺四体对TaPP2Aa进行染色体定位,利用RIL群体（Opata 85×W7984）和DH群体（旱选10号×鲁麦14）进行该基因的功能标记作图。【结果】TaPP2Aa定位于小麦第5同源染色体群上;TaPP2Aa-B位于RIL群体5B的标记区间Xwg909—Xgwm67,与2个标记的遗传距离分别为4.0 cM和3.6 cM,在DH群体5B染色体的标记区间Xgwm234—WMC363,与WMC363的遗传距离为7.5 cM;在2个遗传群体中与标记Xgwm67的距离分别为3.6 cM和11.4 cM。TaPP2Aa-D位于RIL群体染色体5D的标记区间Xcmwg770—Xbarc205,遗传距离分别为9.8 cM和10.0 cM。【结论】确定了TaPP2Aa所在的染色体位置,通过与DH和RIL 2个遗传作图群体中已有的抗逆主效QTL进行对比分析,明确了TaPP2Aa与小麦抗逆性状QTL具有遗传连锁关系,开发的功能标记可用于小麦抗逆性状的分子标记辅助选择。     

普通小麦转录因子基因TaWRKY35的克隆及功能分析

【目的】非生物逆境是制约小麦生产的主要因素。WRKY转录因子是植物特有的转录因子家族,参与对多种非生物逆境胁迫的应答。普通小麦基因组中至少含有200个WRKY,目前仅对少数成员的功能进行了鉴定。通过克隆小麦WRKY转录因子TaWRKY35并揭示其功能,为改良小麦的抗逆性提供基因资源。【方法】利用小麦全长cDNA数据信息,从强抗旱小麦品种旱选10号中克隆逆境胁迫应答转录因子基因TaWRKY35;采用实时定量PCR技术,分析目标基因在不同发育时期、不同组织器官中的表达水平,以及在PEG-6000、NaCl、ABA和低温等逆境胁迫下的表达模式;构建目标基因与GFP融合的表达载体,转化小麦原生质体,以确定目标蛋白在细胞中的作用位置;构建TaWRKY35过表达载体,通过农杆菌介导的方法转化拟南芥,揭示目标基因的功能。【结果】TaWRKY35的开放阅读框全长1 134 bp,编码377个氨基酸的蛋白。TaWRKY35的N端有一个典型的WRKY结构域,C端有一个C₂HC型的锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅲ亚家族。测序发现TaWRKY35编码区序列非常保守,在32份多态性较高的六倍体小麦材料中未检测到DNA多态性。TaWRKY35在小麦的不同发育时期、不同组织中均有表达,其中在幼苗根基部表达量最高,约为苗期叶片中表达量的26倍;其次为幼芽根基,约为苗期叶片中表达量的21倍;接下来依次为孕穗期茎节、孕穗期穗、芽期根、孕穗期根、苗期根、胚芽、孕穗期叶片,而在幼苗叶片中表达水平最低;同时在ABA、NaCl、PEG和低温胁迫条件下,小麦幼苗TaWRKY35的表达量均显著上升,表明TaWRKY35参与对4种逆境胁迫的应答,但在不同胁迫条件下表达模式差异显著,其中对盐胁迫最敏感。亚细胞定位发现,TaWRKY35特异定位在细胞核上,是典型的核定位蛋白。在高盐胁迫条件下,TaWRKY35过表达转基因拟南芥子叶白化率显著低于对照,TaWRKY35过表达转基因拟南芥的细胞膜稳定性和幼苗存活率均显著高于野生型对照,表明TaWRKY35能增强植物的耐盐性。【结论】TaWRKY35编码蛋白含有WRKY和C₂HC结构域,为WRKY家族第Ⅲ亚家族成员。TaWRKY35在小麦发育的不同时期、不同组织中均有表达,且受ABA、PEG、NaCl及低温等逆境胁迫诱导。过表达TaWRKY35能显著提高转基因拟南芥的耐盐性。     

小麦蛋白磷酸酶2A基因TaPP2AbB″-α启动子的克隆及表达分析

植物蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)由结构亚基A、调节亚基B和催化亚基C组成,在应答逆境胁迫途径中发挥着重要作用。小麦基因Ta PP2Ab B″-α是调节亚基亚家族B″的成员,过量表达该基因可以促进拟南芥的根系生长及侧根发育,在盐胁迫和渗透胁迫条件下的作用更显著。本研究从小麦(Triticum aestivum L.)抗旱品种"旱选10号"基因组中克隆了Ta PP2Ab B″-α基因的启动子PB″α,序列长度为1899 bp,含有TATA-box和CAAT-box,以及响应干旱和渗透胁迫的顺式作用元件EECCRCAH1(?1058 bp至?1052 bp)、GCCCORE(?1073 bp至?1068 bp)和MYCCONSE(?1179 bp至?1174 bp)。将启动子PB″α和5种5′端缺失启动子片段与报告基因GUS(β-glucuronidase)连接后转化拟南芥,组织化学染色结果显示PB″α在植株的叶片和根中均有表达。5′端缺失分析表明缺失片段PB″α-1545和PB″α-1389具有启动子活性,活性区域位于?1389 bp和?946 bp之间。GUS定量分析结果显示,在盐和渗透胁迫条件下,PB″α、PB″α-1545和PB″α-1389的活性显著上升。本研究表明PB″α具有较强的启动子基本活性,并且在盐胁迫及渗透胁迫条件下活性显著上升,该结果为合理选用启动子改良作物提供了依据。     

小麦结实小穗数QTL分析

为利用分子标记辅助选择技术选育抗旱高产小麦品种提供基础,以小麦旱选10号/鲁麦14 DH群体为材料,在干旱胁迫及正常灌溉两种水分条件下于2010年和2011年考察小麦主茎结实小穗数,通过采用基于混合线性模型的复合区间作图法分析其QTL,研究控制小麦结实小穗数的数量性状基因。共检测到7个加性QTLs和2对上位性QTLs。加性QTL的LOD值介于2.56~5.08之间,分别位于2D、4A、6A和6B染色体上,对表型变异的贡献率为7.19%~13.65%;上位性QTL的LOD值分别为5.24和5.47,分别位于3A和6B与4B和5B染色体上,对表型贡献率分别为13.71%和17.93%。其中QFns-6A-2于2010年正常灌溉和2011年两种水分条件下均被检测到,可用于分子标记辅助育种。     

小麦TaSnRK2.10的多态性及与农艺性状的关联

【目的】蔗糖非发酵蛋白激酶（SnRK）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物信号传递途径中发挥着重要作用。研究小麦TaSnRK2.10的多态性,开发其功能标记,并进行标记-表型性状关联分析,为利用分子标记进行遗传改良和种质创新提供依据。【方法】以30份多态性较高的六倍体普通小麦及其野生近缘种的二倍体和四倍体为材料,通过测序分析TaSnRK2.10-A的序列多态性;利用中国春缺-四体材料对该基因进行染色体定位;利用RIL群体（偃展1号×内乡188）对基因进行遗传定位;根据TaSnRK2.10-A序列多态性,开发分子标记,以262份普通小麦构成的自然群体为材料分析基因单倍型与表型性状的关联特性。【结果】克隆了小麦TaSnRK2.10的A、D基因组序列,在由30份多态性较高的小麦材料组成的自然群体中,没有检测到来自D基因组的TaSnRK2.10-D序列多态性;TaSnRK2.10-A全长4 688 bp,包括启动子1 934 bp、5′-UTR 343 bp、编码区2 319 bp及3′-UTR 92 bp。在基因全长序列中共检测到15个SNP、2个InDel。其中,启动子区有8个SNP,5′-UTR有2个,编码区有5个。位于编码区的5个SNP中,2个存在于外显子,其中一个是非同义突变。2个InDel均位于编码区。根据序列多态性分别设计了启动子区的分子标记PM1和PM2,以及基因编码区的分子标记GM1和GM2。利用中国春缺-四体材料将TaSnRK2.10-A定位于小麦染色体4A,利用RIL群体将TaSnRK2.10-A定位在染色体4A的标记Xwpt7001和WMC48之间,与2个侧翼标记的遗传距离分别为5.1 cM和25.7 cM。利用开发的4个分子标记,将自然群体的262份材料分为4种单倍型,分别与千粒重、单株穗数和每穗小穗数显著相关或极显著相关,HapⅡ和HapⅢ是提高千粒重的优异单倍型。4 184 bp位点为C时,为高千粒重的优异等位变异。【结论】小麦TaSnRK2.10-A位于染色体4A。HapⅡ和HapⅢ是提高千粒重的优异单倍型,HapⅣ是提高单株穗数的优异单倍型,4 184 bp位点的胞嘧啶（C）是优异等位变异。     

小麦种质资源抗旱性鉴定评价

培育抗旱节水小麦品种是保障我国粮食安全的重要途径之一, 优异抗旱种质资源筛选及抗旱性评价方法的研究对于提高抗旱育种效率具有关键作用。本研究采用反复干旱法和田间直接鉴定法分别鉴定323份小麦种质苗期和成株期的抗旱性。结果表明, 随着干旱次数的增加幼苗存活率逐渐下降, 而其变异系数和广义遗传力增加。成株期单株产量抗旱系数与综合抗旱性度量值D显著正相关(R ² = 0.609), 采用综合抗旱性度量值D有利于区分干旱对不同种质产量的影响力。苗期反复干旱存活率(DS)与单株产量的抗旱系数及综合抗旱性度量值D均无显著相关。基于反复干旱存活率筛选得到28份苗期强抗旱种质, 基于单株产量抗旱系数和综合抗旱性度量值D分别得到25和30份成株期强抗旱种质, 其中, 9份种质用2种评价方法均表现强抗旱; 21份种质在苗期和成株期均表现抗旱或强抗旱。本研究为小麦抗旱性评价方法及抗旱亲本的合理选择提供理论指导和信息支撑。     

植物多功能调控因子SnRK2研究进展

蔗糖非发酵相关蛋白激酶2(sucrose non-fermenting 1-related protein kinase 2,SnRK2)是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,其主要通过磷酸化底物来调节下游基因表达及蛋白质活性。本文综述了蛋白激酶SnRK2的研究进展,包括其结构、分类、调控机制和生物学功能。SnRK2作为典型的多功能调节因子,不仅参与响应各种逆境胁迫,还参与调控植物生长发育。目前有关SnRK2的研究主要集中在ABA依赖信号通路,而对其在非ABA依赖信号通路中的研究很少,未来研究应该聚焦这一领域。SnRK2作用机理的全面解析对提高作物的抗逆性和改良产量性状都具有重要意义。     

转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应

为探索普通菜豆脯氨酸合成酶基因P5CS1在植物渗透胁迫中的作用,本研究应用农杆菌介导法,将PvP5CS1基因转入拟南芥,获得6株阳性转基因株系;通过检测转基因植株与野生型植株在干旱和盐胁迫下种子发芽率,幼苗脯氨酸含量、株系电导率、相对根长和成株死亡率,分析了PvP5CS1基因的表达对改善拟南芥抗渗透胁迫的效应。结果表明,在150 mmol L^-1 NaCl和150 mmol L^-1甘露醇渗透胁迫下,转基因植株平均相对发芽率分别是野生型的1.6倍和1.62倍;150、250 mmol L^-1甘露醇和150 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因拟南芥植株平均脯氨酸含量分别是野生型的2.68、1.30和1.30倍;平均相对电导率分别是野生型植株的85%、77%和85%;平均相对根长分别是野生型植株的1.2、1.3和1.2倍;300 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因植株的平均死亡率为42%,显著低于野生型(90%)(P<0.05);干旱胁迫下,转基因植株的平均死亡率为56%,显著低于野生型(70%)(P<0.05),说明PvP5CS1基因在拟南芥中的表达明显改善了转基因植株的抗旱性和耐盐性。     

SSR标记在小麦种质资源研究中的应用

本文通过ＳＳＲ标记,对小麦种质资源的亲缘关系进行鉴定。结果表明,在国家种质库中保存的３个平遥小白麦中,编号为ＺＭ１２１３的平遥小白麦与燕大１８１７的相似程度最高;对平遥小白麦、蚂蚱麦及其衍生品种的系谱亲缘材料进行ＳＳＲ标记,聚类分析结果与系谱中亲缘关系的远近基本一致。因此,ＳＳＲ标记是鉴定小麦种质资源亲缘关系的一条有效途径。     

小麦种子根结构及胚芽鞘长度的QTL分析

为探讨小麦种子根结构及胚芽鞘长度的遗传基础,以小麦DH群体(旱选10号×鲁麦14)的150个株系为材料,利用凝胶室培养幼苗,测定种子根的数目和最大根长、胚芽鞘长度、根苗干重比等性状,并通过扫描仪测定幼苗种子根的总长度、根直径及角度。利用已经构建的DH群体遗传连锁图谱,采用基于混合线性模型的复合区间作图法分析上述性状的QTL。在1A、1B、2B、2D、3B、4A、4D、5A、5B、6A、7A和7B共12条染色体上检测到12个加性效应QTL和7对加性×加性互作效应QTL。QTL的加性效应值在0.02~8.45之间,对表型变异的贡献率为5.64%~12.37%。7对加性×加性互作效应QTL分布在1A–2B(2)、1A–6A、1B–2D、5B–6A、6A–7A和6A–7B等6对染色体之间,其互作效应值为0.20~7.45,对表型变异的贡献率为8.70%~15.90%。在染色体3B和7A上各检测到1个种子根结构相关性状的QTL簇。