节节麦pbf基因的克隆、序列分析及原核表达

醇溶蛋白盒结合因子(prolamin-box binding factor,PBF)通过调控籽粒蛋白的表达效率进而影响面粉的加工品质。为给深入研究小麦籽粒PBF对籽粒蛋白质表达调控的分子基础提供参考依据,进而为小麦面粉加工品质的改良提供候选基因资源,利用特异引物组合pbfF1/pbf R1分别从两份节节麦(AS90、AS2386)中克隆出pbf基因后进行序列分析,并进一步构建pbf基因的原核表达体系。结果表明,从两份节节麦中克隆得到了2个不同类型的pbf基因(GenBank登录号分别为KJ544771和KJ544772),其中来源于AS2386的KJ544772与来源于普通六倍体小麦的1个pbf基因序列完全相同。推导的氨基酸序列分析表明,KJ544771和KJ544772所编码的蛋白质均为弱碱性的亲水蛋白,具有典型的DOF蛋白结构域。与其他远缘物种来源的PBF比对结果表明,该类蛋白在NLS核心、DOF结构域及Ser铰链区相对保守,而在C-端调控区变异较大,说明PBF蛋白具有种属特异性。同时,系统演化树显示,来源于节节麦AS2386的pbf基因与迄今已知的全部普通小麦的pbf基因具有高度的相似性,因此推测该种类型的节节麦很可能参与了最初的普通六倍体小麦的形成。此外,本研究成功构建了pbf基因的原核表达体系,可为后续功能验证的开展奠定基础。     

节节麦不同生育期叶片蜡质组成和超微形态的变化

为了解节节麦(Aegilops tauschii Coss.)不同生育期叶片表皮蜡质组成及晶体形态的变化,对节节麦叶片蜡质进行提取,利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪和气相色谱-火焰离子化检测仪(GC-FID)对蜡质进行了定性和定量分析,并采用扫描电镜(SEM)对叶片表面蜡质晶体形态进行了观察。结果表明,节节麦叶表皮蜡质经GC-MS分析,共鉴定出化合物21种,主要以初级醇为主(苗期、抽穗期和灌浆期相对含量分别为85%、84%和70%),并含有少量的烷烃、醛、酮和脂肪酸;随着节节麦的生长发育,蜡质总量不断积累,烷烃含量极显著地升高,其中以C29烷烃的增加最明显,而初级醇含量显著降低,其中C26醇的相对含量降低最明显(苗期、抽穗期和灌浆期相对含量分别为80%、76%和63%),其他各类化合物组分变化不大。经扫描电镜观察,节节麦叶片近轴和远轴面的蜡质晶体形态无明显差别,苗期均为片状,抽穗期大部分仍以片状形态存在,并且蜡质晶体的密集程度比苗期稀疏,灌浆期蜡质晶体的密集程度变得更加稀疏。这些变化可能与抽穗期、灌浆期烷烃含量的增加和初级醇含量的减少有关。     

Genetic characterization of kernel polyphenol oxidases in wheat and related species

Polyphenol oxidase (PPO) activity causes undesirable darkening of raw Asian noodles and other wheat products. In this study we investigate the genetic origins and diversity of wheat kernel PPO. PPO was characterized via activity assays, antigenic staining, and Southern blots in Triticum aestivum, Triticum dicoccoides, Triticum durum, Triticum dicoccum, Triticum monococcum, Triticum urartu, Aegilops speltoides, and Aegilops tauschii. Among these species, PPO activity was well-correlated with antigenic staining intensity toward a wheat kernel-type PPO antibody. High PPO activity was observed in all three T. monococcum accessions (A^m genome), one Ae. speltoides accession, one T. durum accession, and two hexaploid wheat cultivars. Southern blots suggested the presence of two or more kernel-type PPO genes in diploid progenitors of the hexaploid A, B, and D genomes. Whole-kernel PPO activity was evaluated in disomic substitution lines derived from three T. dicoccoides accessions in the background of T. durum ‘Langdon’. PPO activity was primarily associated with chromosome 2A and to a much lower degree with chromosome 2B. DNA sequence comparisons showed that the intron associated with the high PPO allele on chromosome 2AL of hexaploid wheat had 94% nucleotide identity with the homeologous intron found in T. monococcum, a species with high kernel PPO activity. This implies that the ancestral PPO allele on the A genome is one of the high activity, and the low PPO allele found in hexaploid wheat represents a relatively recent genetic alteration. Results confirm the presence of multiple kernel-type PPO genes in the diploid and tetraploid progenitors and relatives of hexaploid wheat. However, it is likely that relatively few of the many kernel-type PPO genes present in wheat contribute substantially to kernel PPO activity. A single genetic locus on homeologous group 2 chromosomes may be the primary cause of high PPO activity in wheat kernels.     

节节麦幼胚再生体系的建立

为建立高效的节节麦幼胚再生体系,以节节麦幼胚为外植体,通过正交设计,探索基本培养基、2,4-D、碳源、KT等因素对幼胚愈伤组织诱导、分化及植株再生效果的影响。结果表明,4种因素中,基本培养基对节节麦幼胚愈伤组织诱导的影响最显著(P0.05),2,4-D浓度对节节麦幼胚愈伤组织诱导也有显著影响(P0.05),添加3.0mg·L~(-1) 2,4-D的培养基诱导出的愈伤组织质量高,淡黄色,表面呈不规则颗粒状,质地致密,再生频率可以达到17.62%。KT浓度对节节麦愈伤分化影响最显著,基本培养基、2,4-D和碳源对节节麦幼胚愈伤分化均无显著影响。不同碳源对节节麦幼胚愈伤组织诱导和分化的影响均不显著,为节约成本可直接选用30g·L~(-1)蔗糖作为碳源。节节麦幼胚组织培养的最佳组合是:愈伤诱导培养基为MS培养基+3mg·L~(-1) 2,4-D+15g·L~(-1)蔗糖+15g·L~(-1)甘露醇,愈伤分化培养基为MS培养基+15g·L~(-1)蔗糖+15g·L~(~(-1))甘露醇+1.0mg·L~(-1) KT。     

节节麦居群间的籽粒性状变异及相关性分析

为了给节节麦的遗传研究提供信息,对来自中东地区及中国陕西、河南及新疆的214份节节麦材料的籽粒性状的变异及相关性进行了分析。结果表明,中东地区和中国新疆的节节麦籽粒性状的变异系数均高于河南和陕西的节节麦;通过对四个地区节节麦籽粒的粒长、粒宽、粒厚和粒重的平均值做单因素方差分析及S-N-K多重比较,并对上述四个形态指标的平均值做聚类分析,结果显示,新疆节节麦单独聚为一类,中东地区、陕西和河南的节节麦聚为一类,其中河南和陕西的相似性更为一致。同时对四个地区节节麦籽粒的粒形(长、宽、厚)与其粒重进行了相关性分析,结果显示,中东地区和新疆节节麦粒重主要取决于其粒长,河南节节麦粒重则主要取决于其粒宽,而陕西节节麦粒重与其粒长呈负相关,主要取决于其粒宽和粒厚。     

一种节节麦高分子量麦谷蛋白与小麦同源蛋白氨基酸序列的比较

对节节麦的一种y类高分子量麦谷蛋白基因进行了序列测定和比较。结果显示,该亚基与小麦A、B和D和节节麦D染色体编码的y型亚基的全蛋白氨基酸残基数目均不一致。6个y型基因的信号肽、N-端和C-端氨基酸残基数目均一致,但有个别氨基酸的替换。而重复区氨基酸残基数目均不一致,主要由于重复单元六肽和九肽的数目不等。在目前已知的D基因组编码的y型亚基中,Dy13t的重复区是最短的,它比Dy10少4个九肽,比Dy12少4个九肽,2个六肽,比Dy12t少4个九肽。由N-Calign序列所作的聚类分析将这6个y型亚基分为3支,A、B和D基因组编码的亚基各占一支。来源于D基因组的4个基因的一支,又可将来源于节节麦和小麦D基因组的2个基因分别聚类在一起。     

外源细胞质诱导小麦单倍体的机理与应用研究——Ⅰ.影响Ptg基因表达的核遗传因素

运用具粘果山羊草细胞质的小麦雄性不育系对影响Ptg基因表达的遗传因素进行了研究。结果表明,粘果山羊草细胞质与Ptg基因互作产生单倍体是受雌配子体基因型控制的,只要雌配子体带有Ptg基因即有发育成单倍体的潜力;父母本基因型与单倍体频率有密切关系,但父本是否具有Ptg基因与诱导频率无关。     

CYTOGENETIC INVESTIGATION OF THE HYBRID BETWEEN AEGILOPS TAUSCHH AMD PSATHYROSTACHYS HUASHANICA

<正> An intergeneric hybrid between Aegilops tauschti Cosson. an annual diploid grass. and Psathyrostachys huashanica Keng, a perenmal diploid grass. The F_1 hybrid plant had chromosome number of 2n=2x=14. and was annual and morphologically intermediate between two parents. Meiotic analysis showed that this F_1 hybrid had an average of 12.20 univalants, 0.12 rod bivalents ad 0.004 quadrivalents at MI of the pollen-mother-cells. Multipolar division, irregular ctyokinesis. conjungation opening and coenocyte were observed in this hybrid. These results suggested that the D genome in the Ae. tauschii was distantly related to the N genome in the P huashanica.     

节节麦抗穗发芽基因的染色体定位及其抗性机理

 利用长休眠的河南节节麦与四倍体小麦矮兰麦杂交并经人工加倍合成的新六倍体小麦RSP,其节节麦抗穗发芽特性得到表达。通过对RSP不同灌浆期及不同发芽处理研究表明,在开花后35d的穗发芽高峰期其发芽率也仅为6.06％。其抗穗发芽的因素主要来自种子的抑制,麦穗的机械作用和颖壳内含物的抑制较次。利用RSP对节节麦的抗穗发芽基因进行定位分析,结果表明,RSP的抗穗发芽基因是隐性单基因位于2D染色体上。     

普通小麦与山羊草叶绿体基因组长度热点突变区的核苷酸序列分析

 检测了Ae. speltoides和Ae. ovata叶绿体基因组的一个长度热点突变区的核苷酸序列，并与普通小麦、四倍体Ae. crassa 以及Ae. squarrosa的相应序列进行了比较分析。从rbcL基因的终止密码子到cemA基因内的HindIII位点，Ae. speltoides和Ae. ovata的核苷酸序列长度分别为2 808 和 2 810bp。与四倍体Ae. crassa的序列相比，在普通小麦和Ae. speltoides中各有一个791 bp的大片段缺失，在Ae. ovata中存在一个793 bp的大片段缺失。Ae. ovata的缺失片段比普通小麦和Ae. speltoides的长2个碱基，推测Ae. ovata的大片段缺失在进化上是独立发生的。Ae. speltoides的大片段缺失与普通小麦的完全相同，支持Ae. speltoides是普通小麦叶绿体基因组供体的假说。除了大片段缺失外，在这个区域还检测到了7 个插入/缺失和15个碱基替换突变。研究结果表明，这个长度热点突变区的核苷酸序列分析是研究小麦与山羊草叶绿体基因组之间遗传变异关系的一个非常有效的途径。