小麦茎秆木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒性不同的6个小麦品种为材料,观测了茎秆基部第二节间的木质素含量及苯丙氨酸转氨酶(PAL)、酪氨酸解氨酶(TAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和4-香豆酸: CoA连接酶(4CL)活性以及不同时期茎秆抗折力和倒伏指数的变化,探讨木质素含量与抗倒伏能力的关系。不同小麦品种的茎秆木质素含量存在明显差异。茎秆抗折力大、倒伏指数小的品种(济麦20和济麦22),其茎秆木质素含量高,PAL、TAL、CAD和4CL活性强。相关分析表明,茎秆木质素含量与实际倒伏率呈显著负相关(r = -0.83, P<0.05);与抗折力呈显著正相关(r = 0.86, P<0.05);PAL、TAL和CAD活性与木质素含量呈显著正相关(r =0.78, 0.77, 0.85, P<0.05),4CL活性与木质素含量呈不显著正相关(r =0.39, P>0.05)。研究表明,较高的PAL和CAD活性是木质素含量高的酶学基础,茎秆木质素含量可作为小麦品种抗倒伏性评价的一个重要指标。     

小麦抗白粉病基因pm42的EST连锁图谱构建和比较基因组学分析

目的基因精细遗传连锁图谱的构建是图位克隆的基础,小麦功能基因精细遗传连锁图谱的构建依赖于比较基因组学分析。水稻和短柄草(Brachypodium distachyon)基因组序列是小麦比较基因组学分析和功能基因精细遗传定位的重要工具。本研究利用小麦、短柄草和水稻的基因组共线性关系对小麦抗白粉病基因pm42进行比较基因组学分析,明确了pm42基因所在2BS基因组区域与短柄草第1染色体和水稻第3染色体直系同源基因组区域的对应关系,开发出与抗白粉病基因pm42连锁的EST-SSCP (expressed sequence tag-single strand conformation polymorphism)标记CD452782和BF201235,EST-STS (expressed sequence tag-sequence tagged site)标记CJ674042、EB513371和CV771633,构建了pm42基因EST标记遗传连锁图谱,CJ674042、BF201235、CD452782和CV771633位于pm42近端粒侧,距离pm42的遗传距离分别为1.9、12.0、19.7和25.7 cM;EB513371位于pm42近着丝粒侧,与pm42的遗传距离为14.6 cM。整合原有的作图数据,构建了pm42基因的高密度比较基因组学遗传连锁图谱,pm42被定位于3.3 cM的区间,该区间对应于短柄草66 kb的基因组区域及水稻69 kb的基因组区域。该结果为抗白粉病基因pm42高密度精细遗传连锁图谱构建、分子辅助选择和基因聚合奠定了基础。     

冬小麦种质“矮孟牛”姊妹系遗传差异

采用田间试验鉴定和基因组分子标记分析相结合的方法,对冬小麦种质“矮孟牛” 7个类型的性状和基因组遗传差异比较分析。结果表明,7个类型在调查的株高、穗长、穗粒数、粒长、粒宽、单株穗数等16个性状方面存在差异,其中矮孟牛V型的主要产量构成因素等性状比较协调,总体优于其他6个类型。在检测的2 210对SSR、EST-SSR和STS标记中,有656对标记可在矮孟牛三亲本中显示多态性,将其用于矮孟牛7个类型全基因组遗传差异分析,并利用GGT2.0绘制7个类型的遗传差异图谱。在矮孟牛V型的1A、1B、2D、3A、4D、7A染色体上检测到8个特异位点,利用矮丰3号/牛朱特和孟县201/牛朱特构建的2个F₂分离群体,经IciMappingV3.0单标记QTL作图分析,发现矮孟牛V型部分特异位点附近存在与产量构成因素等重要性状相关的QTL。矮孟牛V型的基因组特异位点可能是它作为骨干亲本区别于其他姊妹系的重要基因组特征。     

普通小麦品种小偃54中α/β-醇溶蛋白编码基因的克隆与序列分析

醇溶蛋白是小麦籽粒贮藏蛋白的重要组分,其组成与含量对小麦加工品质具有重要影响。本研究建立了利用PCR从普通小麦基因组BAC文库中筛选含有α/β-醇溶蛋白基因序列BAC克隆的方法,并获得9个不同的含有α/β-醇溶蛋白基因的BAC克隆。从其中鉴定出17个α/β-醇溶蛋白基因,其编码区序列长度为852~957 bp。12个序列在编码区内存在提前终止密码子,推测为假基因。其他5个成员(Gli-Xy54-1、Gli-Xy54-2、Gli-Xy54-3、Gli-Xy54-7和Gli-Xy54-13)分别编码291、310、311、287和317个氨基酸残基,都具有α/β-醇溶蛋白一级结构的典型特征。根据推导的氨基酸序列中乳糜泻病诱发因子的分布情况及多聚谷氨酰胺重复区的长度差异,推测Gli-Xy54-7可能定位于6A染色体,Gli-Xy54-2、Gli-Xy54-3和Gli-Xy54-13可能定位于6B染色体,Gli-Xy54-1可能定位于6D染色体。基因聚类分析支持了上述推论。这是第一次从普通小麦中筛选到包含α/β-醇溶蛋白基因的BAC克隆,并从中得到目标基因全长,对进一步研究普通小麦基因组中α/β-醇溶蛋白编码基因的组成、表达与功能有较好的参考价值。     

小麦ERF转录因子W17互作蛋白的筛选和解析

来自小麦的ERF转录因子W17基因参与胁迫应答,过表达W17可显著提高转基因拟南芥的抗旱性和抗病性。本研究构建了小麦cDNA文库,通过酵母双杂技术筛选W17的互作蛋白,以期进一步解析ERF蛋白的作用机制。将pGBKT7-W17质粒、pGADT7和小麦文库混合转入酵母细胞AH109,在SD/–Trp/–Leu/–His/–Ade营养缺陷型平板上培养,挑选直径大于2 mm的克隆,在SD/Raf/Gal/X-gal平板上划线培养,筛选蓝色克隆。将筛出的克隆测序、BLAST分析,得到4类与W17相互作用的候选蛋白,分别是胁迫相关功能蛋白、翻译后修饰蛋白、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)大亚基/小亚基以及功能未知蛋白。互作验证表明,Hsp90和PPR蛋白与W17有相互作用关系。这些候选蛋白参与信号转导或免疫过程,暗示W17在植物的逆境信号转导、下游基因转录调控,甚至在翻译过程都有重要作用。     

非对称性增温对冬小麦强势粒和弱势粒淀粉合成关键酶活性的影响

以扬麦11为材料,采用全生育期田间开放式增温系统进行增温处理,研究了不同增温处理对小麦强和弱势粒淀粉合成关键酶活性的影响差异。结果表明,冬小麦强势粒中蔗糖合酶(SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和淀粉分支酶(SBE)的活性较弱势粒高,而且三者白天的活性均比夜间高。不增温条件下,整个灌浆期强势粒中SS、AGPase和SBE的活性平均分别比弱势粒高72.9%、111.4%和7.8%。全天、白天和夜间增温条件下,强势粒SS白天的活性比常温对照的高8.4%~31.2%,夜间的活性比对照高11.1%~20.3%;弱势粒SS白天的活性比对照高9.7%~20.3%之间,夜间的活性比对照高6.1%~32.0%。弱势粒中AGPase活性在不同增温处理下也显著提高,其白天的活性比对照高54.2%~124.4%,夜间的活性比CK高20.7%~99.3%。增温对SBE活性的影响较小,强势粒和弱势粒在增温条件下其白天的活性均比对照高3.9%~12.1%,夜间的活性均比对照高1.0%~7.6%。相关分析表明,AGPase和SBE的活性与千粒重之间存在极显著正相关,增温条件下AGPase和SBE的活性显著提高,尤其是弱势粒中AGPase和SBE活性的显著提高是千粒重提高的一个重要原因。     

小麦穗发芽抗性相关Vp1基因启动子的分离及功能验证

成熟期穗发芽严重影响小麦产量和品质。Vp1是调节胚发育, 促进胚成熟和休眠的重要转录因子, 对小麦种子休眠和穗发芽抗性具有重要作用。本研究分离了普通小麦B基因组Vp1基因的启动子, 生物信息学预测结果表明, 其含有9个脱落酸响应元件ABRE、2个DREB和6个MYB干旱响应元件、3个赤霉素响应元件GARE、1个水杨酸响应元件TCA-E、2个茉莉酸甲酯响应元件TGACG-motif、4个SKn-1和1个RYREPE胚乳特异表达元件。采用5′端缺失的方法, 构建了系列含Vp1启动子不同区段融合GUS报告基因的瞬时表达载体和植物表达载体。通过基因枪转化小麦愈伤组织, 瞬时表达结果显示, Vp1启动子在无诱导的情况下不能启动GUS基因表达, 在低温、ABA、GA、PEG和NaCl诱导后可以启动GUS基因表达, 表现诱导表达特性, 且其诱导表达强度随启动子缺失片段长度变短而减弱。利用Gateway方法成功构建了6个启动子各缺失片段类型的植物表达载体, 并通过农杆菌介导转化四倍体小麦Stewart, 获得转基因植株。该启动子可有效启动GUS基因在转基因植株的花药、糊粉层、穗轴及根中表达, 其他组织中没有表达。当启动子片段大于660 bp时, 外源ABA可诱导启动子启动GUS基因在转基因植株茎节中的表达。     

田间条件下转玉米C4型PEPC基因小麦的光合生理特性

为了检验转PEPC基因小麦是否具有C₄光合生理特性,以转PEPC基因小麦和对照周麦19为试验材料,分别于抽穗期、开花期、花后第7天和花后第15天测定其单株旗叶的气体交换参数日变化,对净光合速率日变化进行单位日光合总量分析, 并且对净光合速率日变化与单株气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率日变化的相关性进行了分析;在花后第15天测定其单株叶绿素荧光参数,并在成熟期调查了单株产量性状。与对照相比,转基因株系在4个测定时期的旗叶净光合速率明显提高,尤其在花后第15天,单位日光合总量较对照提高29.1%和23.3%,气孔导度和蒸腾速率均明显增加,胞间CO₂浓度降低;花后第15天12:00与8:00相比,转PEPC基因小麦的F_v/F_m、q_p、NPQ、Φ_PSII的变幅均小于对照;单茎重、千粒重、单穗重和收获指数较对照显著增加。以上结果表明,转PEPC基因小麦材料在田间条件下光合特性明显优于对照,且具有提高小麦产量水平的潜力。