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。     

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。     

TaMyb2-Ⅱ基因在普通小麦(Triticum aestivum L.)及其近缘种中的单核苷酸多态性分析

以39份抗旱性不同的普通小麦、5份A基因组材料、4份拟斯卑尔脱山羊草（Aegilops speltoides）、6份粗山羊草（Aegilops tauschii）和2份四倍体小麦,分析TaMyb2基因的核苷酸序列长度多态性和单核苷酸多态性,及其与抗旱性的关系。结果发现,TaMyb2在A基因组材料中无目标片段扩增,在其他材料中检测到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3种类型序列。经详细分析,TaMyb2-Ⅱ序列长1 606 bp,在供试材料77 088 bp的核苷酸序列中包括34个单核苷酸变异,其中26个SNP,8个InDel,二者出现的频率分别为1/2 965 bp和1/9 636 bp,编码区π值（0.00055）小于非编码区的π值（0.00185）, 说明编码区的遗传变异小于非编码区的遗传变异。从SNP水平上分析,发现普通小麦与其D基因组供体种粗山羊草及四倍体小麦的亲缘关系较近,与B基因组供体种拟斯卑尔脱山羊草的亲缘关系较远。48份材料的TaMyb2-Ⅱ序列共分为18个单倍型（haplotype）,其中haplotype 2、3、5、6、8、9均为旱地栽培的普通小麦品种,说明普通小麦TaMyb2-Ⅱ的这几个haplotype结构可能与抗旱性有关。     

用等位基因特异POR检测普通小麦（Triticum aestivum L．）的单核苷酸多态性单核苷酸多态性

【目的】以2份六倍体小麦Opata85和W7984及其重组近交系（RIL）的111个株系和3份小麦二倍体野生近缘种为材料，研究用等位基因特异PCR检测普通小麦中单核苷酸多态性的方法。【方法】利用直接测序的方法检测2份六倍体小麦和3份小麦二倍体野生近缘种TaDREB1基因的DNA序列，在B基因组上发现了2个SNPs。以其为3’端，设计等位基因特异引物及其互补引物，对SNP进行分型，同时研究了特异引物3’端碱基错配对等位基因特异PCR的影响，优化了PCR反应体系。【结果】等位基因特异引物3’端不同位置的碱基错配及不同类型的碱基错配对PCR结果影响较大；在等位基因特异PCR中，Mg^2＋、dNTP及TaqDNA聚合酶的用量均大于普通PCR。【结论】只要在等位基因特异引物3’端加上合适的错配碱基，并且优化其PCR反应体系，用等位基因特异PCR方法检测六倍体小麦中的单核苷酸多态性是可行的。     

普通小麦（T.aestivum L.）不同作图群体抽穗期QTL分析

 【目的】对小麦抽穗期进行数量性状位点（QTL）分析。【方法】以旱选10号/鲁麦14和温麦6号/山红麦两个作图群体为材料，在大田及温室条件下，观察小麦抽穗期等性状。利用混合线性模型，进行QTL分析。【结果】抽穗期在两个作图群体中均呈现连续分布，表现为多基因控制的数量性状；共检测到9个 QTL位点，分别位于染色体2D、3B（2个）、3D、4A、5B、6B、6D和7D上，对抽穗期的贡献率在3.97%～22.91%之间；有15组QTL位点之间存在基因互作效应，互作的加性效应大小范围为0.77～2.16 d，互作效应对性状的贡献率在4.35%～21.44%之间。【结论】抽穗期QTL的检测受环境影响较大；抽穗期QTL位点在染色体上的分布较多；不同染色体间则存在基因互作现象。     

小麦抗旱相关基因TaGSTF6的多态性

【目的】研究TaGSTF6基因多态性与抗旱性的关系。植物谷胱甘肽-S-转移酶（GSTs）是一类重要的受逆境胁迫诱导表达的酶类，能减少干旱等逆境胁迫导致的体内活性的氧积累，在植物的抗旱反应中发挥重要作用。【方法】以86份抗旱性不同的普通小麦品种和7份粗山羊草为材料，检测TaGSTF6基因的核苷酸序列长度及碱基组成多态性，并预测氨基酸序列多态性。【结果】Northern分析结果表明，小麦幼苗中TaGSTF6基因受水分胁迫诱导表达。序列多态性分析发现在长达113.6 kb的核苷酸序列中有47个单核苷酸变异位点，其中23个SNP，24个InDel，二者的频率分别为1SNP/4 940bp和1InDel/4 734bp，粗山羊草中SNP和InDel出现的频率明显高于普通小麦；仅在11份材料中预测到氨基酸序列多态性。根据核苷酸序列变异可能导致的氨基酸变异把基因编码区的变异分为两类：核苷酸转换或颠换导致的单个氨基酸变异；碱基缺失导致的移码突变或翻译提前终止，其中大多数变异属于移码突变。【结论】尽管小麦基因组庞大，重复序列多，但在功能基因TaGSTF6中SNP的分布频率非常低；虽然TaGSTF6受水分胁迫诱导表达，但其结构多态性分析未能揭示其多态性与小麦抗旱性之间的直接关系。     

小麦TaABC1L的克隆及表达特性分析

通过反向Northern筛查小麦旱选10号幼苗水分胁迫诱导表达的cDNA文库，选择一个在水分胁迫1、6和12 h均上调表达的cDNA克隆作为“种子”序列，利用电子延伸和RT-PCR方法，获得一个开放阅读框为1 434 bp，编码477个氨基酸的cDNA序列。由该序列推测编码的蛋白含有1个典型的ABC1保守域（123~243氨基酸）和1个AARF域（42~369氨基酸），但是没有发现ABC1向线粒体转移的信号肽前体序列（PD017350），因此，将该基因命名为TaABC1L。同源比对结果表明，TaABC1L只与水稻、拟南芥中4个尚未研究功能的基因编码的氨基酸序列高度同源。实时定量RT-PCR结果显示，TaABC1L对渗透、高盐、低温等逆境胁迫和ABA处理均表现出应答反应，但是在不同胁迫条件下表达高峰出现的时间和表达强度上存在差异。其中受NaCl胁迫1 h，基因的表达量已达到对照的30倍，之后其表达量迅速回落，但仍高于对照；受ABA诱导时，其表达量略有增加，在12 h的最高表达量也仅为对照的2倍。     

作物抗旱性的根系研究

作物根系不仅以形态变化适应土壤干旱，而且能发出某些信息，使其地上部分对干旱做出迅速的反应。因此，对根系的深入研究有助于提高对作物抗旱性的认识。     

黍稷农家种种质资源抗旱性的田间鉴定

[目的]利用新疆干旱少雨、地表蒸发量大、大气干旱等自然条件,对西北干旱区包括陕西、山西、甘肃、青海、宁夏、内蒙古、新疆七省区的199份黍稷农家种种质资源材料进行全生育期抗旱性鉴定,探讨黍稷种质资源生育期对抗旱鉴定的影响.[方法]以株高、茎粗、穗长、叶长、叶宽、草重、穗重、穗粒重等性状为考察指标,利用加权抗旱系数法及逐级分类法综合评价供试材料的抗旱性.[结果]一定的旱胁迫会推迟黍稷种质资源的生育进程,延长生育期.是否按生育期类型划分对抗旱鉴定结果有直接影响.对完成抽穗、结实并成熟的173份种质资源按早熟、中熟、晚熟进行分类后,鉴定为一级抗旱24份(其中早熟型4份,中熟型15份,晚熟型5份),二级33份、三级80份、四级26份、五级20份,鉴定结果呈正态分布,符合抗旱性属于多基因控制的数量性状遗传规律.[结论]对于生育期相差较大的黍稷种质资源而言,需要按种质资源生育期划分类型后再进行抗旱性鉴定.     

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。