来自中间偃麦草基因组的类反转录转座子片段的克隆及其特征分析

中间偃麦草(Thinopyrum intermedium, (Host) Barkworth and Dewey)是普通小麦 (Triticum aestivum L.) 遗传改良的重要基因源,已有许多重要基因导入普通小麦。本研究从中间偃麦草基因组克隆到一个类反转录转座子片段,命名为pTi28。该序列高丰度存在于中间偃麦草基因组,低丰度（寡拷贝）存在于普通小麦及其近缘种属硬粒小     

小麦ERF类转录因子W17的结合特异性及亚细胞定位分析

 【目的】构建ERF（ethylene-responsive element binding factor）转录因子基因W17的亚细胞定位载体和原核表达载体,验证W17是否具有核定位功能,阐明W17与GCC、DRE探针的体外结合特性,利用GUS瞬时表达系统分析W17蛋白的体内结合特性和转录激活功能,初步预测W17在植物胁迫信号传导途径中的作用。【方法】构建W17/163hGFP亚细胞定位载体,基因枪转化洋葱表皮细胞,暗培养24 h后共聚焦显微镜下观察。构建W17/pGEX-4T-1原核表达载体,转入大肠杆菌BL21（DE3）,IPTG（0.5 mmol•L-1,3 h）诱导,GST纯化柱纯化,纯化的融合蛋白与[γ-32P]ATP标记的GCC、DRE探针混合进行凝胶阻滞试验。构建GUS瞬时表达系统,通过农杆菌介导转化烟草,X-Gluc染色、酒精脱色后体视显微镜下观察。【结果】W17基因具有核定位功能,纯化的融合蛋白GST/W17能与正常GCC、DRE探针体外特异结合,与突变GCC、DRE探针不结合,在植物体内与GCC特异结合并能激活下游GUS基因表达。【结论】W17通过自身的NLS进入核内行使功能,参与了GCC-box调控的生物胁迫信号传导途径,还可能参与了非生物胁迫（盐胁迫）传导途径。     

兼抗条锈、白粉病小麦新种质观4的分子标记鉴定

将多个不同的抗病亲本及优良农艺亲本进行复合杂交,选育出抗病且农艺性状较好的小麦新品系观4.为了明确观4的抗病性及品质状况,对该品系的抗病基因及品质性状进行分子标记鉴定和分析.结果表明,观4兼抗白粉病和条锈病,其白粉病抗性主要来自亲本92R179中的Pm21基因,而条锈病抗性则主要源于YW243中的抗条锈病基因YrX;辽春10号中的高分子量麦谷蛋白优质亚基7+8也遗传到新品系观4中.因此,观4可作为优良小麦亲本应用于小麦品质和白粉病、条锈病抗性的改良.     

普通小麦5DL染色体分选及染色体BIBAC文库构建技术体系优化

 【目的】优化小麦染色体流式分选及特定染色体BAC文库构建技术体系,为加速小麦基因组学研究提供技术支撑。【方法】采用双阻断法对中国春5DL端体根尖分生组织进行细胞周期同步化处理,结合机械匀浆法制备染色体悬浮液进行流式核型分析,分选染色体5DL及PCR检测,对小麦染色体分选技术体系进行优化。对复合峰分选产物Bam HI酶切制备高分子量（high molecular weight,HMW）DNA,按10﹕1质量比与双元细菌人工染色体（binary-bacterial artificial chromosome,BIBAC）连接,电激转化感受态细胞DH10B,随机挑取100个重组子,经NotI完全酶切后脉冲电泳检测插入片段大小,优化小麦染色体BAC文库构建的技术体系。【结果】经1.25 mmol•L-1 羟基脲（hydroxyurea,HU）18 h,恢复6 h和1 µmol•L-1 氟乐灵（trifluralin）2.5 h的顺序处理的小麦根尖分生组织,细胞有丝分裂指数可超过60%。流式核型分析表明,5DL端体的流式核型图由清晰的三个复合峰和两个单峰组成。PCR鉴定表明,其中一单峰确由5DL染色体组成。部分酶切复合峰染色体3～10 min,可以获得50～300 kb 的HMW DNA。连接产物检测显示平均插入片段可达100 kb左右,根据荧光通道值,估算5DL端体的大小约为482 Mb,构建库容为19 000个克隆的5DL端体特异文库即可达到约4倍的覆盖率。【结论】上述两项优化技术适用于小麦染色体的分选及染色体特异文库的构建。     

过表达谷子液泡H~+-ATPase E亚基基因在拟南芥中的耐盐性

V-H+-ATPase在植物生长、发育和胁迫响应等生物学过程中发挥重要作用。本研究通过序列比对,从谷子中克隆到V-H+-ATPase E亚基基因Si VHA-E。进化树分析显示,Si VHA-E基因在进化上属于E1/E3亚族,与玉米V-H+-ATPase E亚基基因Zm VHA-EL亲缘关系较近。表达谱分析结果显示,Si VHA-E在高盐、茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)处理下表达上调,在低温和低氮处理下表达下调。亚细胞定位分析表明Si VHA-E定位于液泡膜上。遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定表明,在盐处理条件下,转基因株系的种子萌发率、幼苗主根长、植株鲜重及存活率显著高于野生型的。与野生型拟南芥植株相比,Si VHA-E过表达植株体内Na+含量减少,体内相对含水量提高。此外,ABA萌发试验结果显示,在种子萌发后期,Si VHA-E过表达植株对ABA更加敏感。研究表明,谷子Si VHA-E可以显著提高拟南芥耐盐性,这可能与其正向调控ABA信号途径以及减少植株体内Na+积累和水分散失有关。     

小麦蛋白激酶TaMAPK2互作蛋白的筛选与验证

【目的】利用构建的干旱胁迫处理的小麦cDNA文库,通过酵母双杂系统筛选与小麦TaMAPK2互作的蛋白,并对其进行验证分析。【方法】以小麦cDNA为模板克隆得到TaMAPK2,构建pGBKT7-TaMAPK2诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaMAPK2质粒以及pGADT7和小麦cDNA文库共转化酵母AH109菌株感受态细胞,在SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade营养缺陷型培养基上30℃培养3-5 d,挑选单克隆于YPDA培养基中培养,吸取1 μL各候选克隆的菌液点至于SD/Raf/Gal/x-gal平板上培养,筛选蓝色单克隆。将筛出的单克隆经测序、序列比对分析,初步获得与TaMAPK2互作的候选蛋白。采用双酶切的方法构建pGADT7-HSP90以及pSPYNE-TaMAPK2和pSPYCE-HSP90双分子荧光互补表达载体,将重组载体质粒pGADT7-HSP90和pGBKT7-TaMAPK2共转化AH109酵母感受态细胞,利用酵母双杂交的方法验证TaMAPK2与候选蛋白HSP90的相互作用;采用PEG-Ca2+介导法将双分子荧光互补表达载体pSPYNE-TaMAPK2和pSPYCE-HSP90共转化小麦原生质体细胞,激光共聚焦显微镜下观察相互作用产生的YFP荧光信号。根据HSP90的保守序列设计特异引物,在SYBR Green Ⅰ的检测模式基础上,构建HSP90的实时荧光定量PCR检测体系,检测HSP90在不同胁迫处理以及不同组织的小麦植株中的表达量。【结果】通过对候选蛋白的初步分析表明这些候选蛋白主要参与植物体的信号转导或免疫过程,表明TaMAPK2在植物的逆境信号转导、基因转录调控过程中发挥着重要作用。通过酵母双杂交显蓝系统和双分子荧光互补技术（BiFc）进一步确认HSP90与TaMAPK2的互作关系。HSP90定位在细胞核、细胞膜以及细胞质中,且在植物的根茎叶中均有表达,在根中的表达量最高。通过实时荧光定量PCR分析显示,HSP90基因受到高温、低温、高盐和ABA胁迫后表达量上调。【结论】HSP90作为分子伴侣,在降解这些受损或异常蛋白以及调控抗逆相关转录因子表达的过程中发挥着重要的作用。非生物胁迫会引起植物体内一些受损或异常蛋白聚合物的积累,HSP90能通过折叠已损坏的蛋白底物以及构象的维持来保持细胞的完整性。表明在植物逆境信号转导过程中,TaMAPK2功能的发挥可能需要HSP90蛋白的参与。     

谷子WRKY36转录因子的分子特性及功能鉴定

【目的】干旱等非生物胁迫严重影响了植物的生长和作物的产量。WRKY转录因子广泛参与了植物生长发育、形态建成和代谢调控等过程,在调控非生物胁迫响应中也扮演着十分重要的角色。分析谷子SiWRKY36的分子特性和功能,解析谷子转录因子的抗逆调控机制。【方法】通过对干旱胁迫谷子转录组测序结果分析,获得了一个WRKY转录因子SiWRKY36;利用生物信息学的方法分析谷子SiWRKY36的分子特性;根据SiWRKY36蛋白序列进行同源性搜索,得到与谷子SiWRKY36蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列;使用MEGA5对谷子SiWRKY36蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间系统进化树;利用MEME和SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用GSDS和PHYRE2在线工具分别对谷子SiWRKY36基因结构和三级结构进行分析;从谷子基因组数据库Phytozome获取谷子SiWRKY36上游2 000 bp作为启动子;用PLACE数据库对SiWRKY36启动子顺式作用元件进行分析;利用实时荧光定量PCR检测SiWRKY36在不同胁迫条件下（PEG、低温、NaCl、MeJA、ABA、GA和SA、H₂O₂）的表达模式;分别以8种胁迫处理的谷子cDNA作为模板,以谷子Si001873m.g为内参,以SYBR Green染料法进行real-time PCR。用实时荧光定量PCR仪进行PCR扩增;将SiWRKY36的cDNA序列连入带有CaMV 35S启动子的pBI121表达载体中,构建表达载体pBI121-SiWRKY36,转入农杆菌,侵染野生型拟南芥得到转基因株系。用T₃转SiWRKY36拟南芥植株进行抗性鉴定。【结果】谷子SiWRKY36全长1 485 bp,基因编码区包含UTR区和3个内含子以及4个外显子,与柳枝稷亲缘性最高,属于WRKY转录因子家族的第一类。SiWRKY36编码蛋白包含2个WRKY保守域,预测的SiWRKY36蛋白三级结构包含2个α螺旋结构和3个β折叠结构。启动子元件分析表明SiWRKY36包含ABA-responsive element（ABRE）、MYB、MYC、low-temperature-responsive element（LTRE）、GT-1等多种逆境胁迫应答元件。实时荧光定量PCR结果显示SiWRKY36对多种非生物胁迫和激素均有不同程度的响应,但在H₂O₂和低温处理下基因表达量无明显变化;亚细胞定位结果表明SiWRKY36蛋白主要定位于细胞核中。抗性鉴定结果显示,在不进行任何处理的MS培养基上,野生型拟南芥和过表达株系拟南芥的长势基本一致;在2% PEG的处理条件下,3个转基因株系的根长、根的总表面积和根的总体积要大于野生型拟南芥。【结论】SiWRKY36转基因植株可能对轻度干旱有一定的抗性。     

小麦外源抗黄矮病基因的RFLP标记分析

 以小麦-中间偃麦草异附加系L1作抗源选育而成的抗黄矮病小麦新品系Yw642、Yw443、Yw243、Y980704,其抗性来自中间偃麦草染色体7X。利用Yw642×中8601的F#-2分离群体,对由易位系Yw642筛选出的RFLP标记进行连锁分析,确定了RFLP标记psr687和wg380分别与7XL上的BYDV抗性基因共分离。利用上述2个RFLP标记,对具有不同遗传背景的抗病易位系Yw443、Yw243、Y980704等进行了Southern分析。结果表明,这些抗病系均具有7XL的抗病特异带,缺失小麦7DL特征带,说明这些抗病系是小麦-中间偃麦草7DS·7DL-7XL易位系,psr687和wg380可应用于分子标记辅助育种。     

普通小麦-簇毛麦6DL/6VS抗白粉病易位系的选育及鉴定

在硬粒小麦-簇毛麦双二倍体（TH3）/4×Wan7107的幼胚培养及花药培养后代中选育出普通小麦-簇毛麦抗白粉病易位系Pm97033等。利用白粉病抗性鉴定、细胞遗传学分析、生化标记、分子原位杂交等手段,鉴定出该材料为6DL/6VS臂间易位系。其根尖细胞染色体数为42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型均为21Ⅱ。它与农艺亲本Wan7107及6D/6V异代换系96N621-3-7-3测交F#-1的PMCsMⅠ染色体构型均为21Ⅱ,频率分别为92.5%和79.4%。与中国春6A、6B、6D重双端体测交F#-1的PMCsMⅠ染色体构型分别为21Ⅱ+1个异型二价体（tIt）,21Ⅱ+1个异型二价体（tIt）及20Ⅱ+1个异型二价体（It）+1个端体（t）,出现频率分别为89.4%、85.4%和94.3%。生化分析结果表明,它缺失簇毛麦6VL上的谷草转氨酶GOT-V#-2位点,而具有6VS上的醇溶蛋白Gli-V#-2位点。分子原位杂交结果表明,Pm97033、Pm97034和Pm97035均为纯合的臂间易位系。易位系及其测交F#-1均对白粉病表现免疫。