转高光效TaSCL14基因小麦的分子检测与过表达特性分析

发布时间：2020-07-31 15:59

【摘要】：作物的高光效育种是提高作物产量的重要研究方向之一。运用基因工程手段转入高光效基因培育高光效品种是现代育种的重要手段。GRAS转录因子家族能够在植物的生长发育中起作用,TaSCL14基因是小麦中的一个强光响应基因,它编码一个GRAS转录因子。本研究以过表达TaSCL14基因的小偃39的T_1-T_3代株(系)为材料,利用特异性分子检测,检测和甄选转TaSCL14基因小麦各世代阳性植株,并研究了转TaSCL14基因小麦各世代的遗传特性、农艺表现、及光合特性和模拟干旱胁迫条件下的种子的发芽特性,获得了如下研究结果:1.利用PCR特异性检测方法,检测和筛选转TaSCL14基因小麦T_1-T_3代阳性植株。结果表明转基因小麦的T_1代植株的阳性率为55.9%,T_2代植株阳性率为85.6%。T_3代检测4个转基因株系阳性率都达到90%以上。TaSCL14基因能在转基因后代中稳定的遗传,随着多代的筛选阳性植株的频率增加,T_3代转基因株系已经基本纯合。2.T_3代株系进行实时荧光定量PCR测定,结果显示转基因T_3代株系的TaSCL14基因表达量都极显著的高于对照,各株系间的表达量不同。3.在田间栽培条件相同的情况下,对转基因T_1-T_3代株(系)的各项农艺指标进行了测定。结果表明,转TaSCL14基因小麦植株能够正常生长发育,植株的形态特征与对照相比变化不大,但转基因小麦后代在分蘖、小穗数、穗粒数和千粒重等方面均发生了一些变化。转基因植株T_1代的穗粒数、T_2代的冬前分蘖都与对照存在显著差异,T_1、T_2代75%的转基因植株千粒重低于对照,TaSCL14基因的转入对大多数植株的千粒重呈现负效应。T_2代转基因植株的变异系数小于T_1代,农艺性状优于T_1代。T_3代4个转基因株系的株高、穗长、穗粒数与对照无差异,部分株系的冬前分蘖、冬后分蘖、有效分蘖显著或极显著的高于对照,所有转基因株系千粒重都低于对照,转入基因对于分蘖和千粒重有较大影响。4.对T_3代4个转基因株系的光合特性和叶绿素含量进行了测定。从拔节期到成熟期5个生育阶段,转基因植株和对照植株的气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、净光合速率的变化趋势一致,都是呈现先增高后下降趋势,在开花期达到最大值。净光合速率的测定结果表明,所有的转基因株系的光合速率均高于对照,开花期、灌浆期、成熟期部分株系和对照净光合速率存在差异。TaSCL14基因的转入对转基因植株的光合速率产生了一定的影响,转基因植株的光合速率增高。气孔导度的测定结果显示,在拔节期,除株系3-4外其余株系均与对照存在显著差异,在开花期,株系3-8的结果显著高于对照,其余各时期各转基因株系与对照均不存在差异。胞间二氧化碳的测定结果显示,各时期,转基因株系和对照间差异不大,拔节期、开花期株系3-8的值显著高于对照。蒸腾速率的结果表明多个株系在不同时期显著或极显著的高于对照,其中株系3-11在除成熟期外的四个时期都与对照存在显著差异。叶绿素的含量转基因株系和对照的变化趋势相同不存在差异,在孕穗期升高至开花期达到最大值,随后降低。5.T_3株系的收获的种子,使用萌发试验对其种子的发芽势和发芽率进行检测,结果表明在正常萌发条件下,全部转基因株系的发芽势和发芽率均高于对照组,其中株系3-4和3-8的发芽势和发芽率都显著的高于对照。在20%的PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,所有转基因株系发芽势和发芽率都高于对照,且存在显著差异。20%的PEG-6000处理萌发与未进行处理相比,所有株系的发芽势和发芽率均降低,转基因株系的降幅均小于对照,这表明了相较于对照,转基因株系对干旱胁迫具有更强的耐受能力。对转基因植株的幼苗形态测定显示转基因株系的总根长、苗高都显著或极显著的高于对照,进一步证实了TaSCL14基因对植物生长发育的作用。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1
【图文】：

系统进化树分析,同源蛋白,植株

图 2-1 TaSCL14 同源蛋白的系统进化树分析Fig. 2-1 Phylogenetic tree analyses of TaSCL14 homologous protein T1、T2、T3 代转基因小麦的分子检测检测结果显示所有阳性植株均扩增到约 1 700 bp 的特异片段，而对照（小条带（图 2-2）。图 2-2 转基因植株中 TaSCL14 基因的 PCR 扩增结果Fig. 2-2 PCR result for TaSCL14 gene in transgenic plants: DL2000 ；1: 对照（小偃 39）；2-9: 阳性植株: DL2000 ; 1: CK (Xiaoyan 39) ; 2-9: positive plants.

转基因植株,PCR扩增,株系,植株

图 2-2 转基因植株中 TaSCL14 基因的 PCR 扩增结果Fig. 2-2 PCR result for TaSCL14 gene in transgenic plantsM: DL2000 ；1: 对照（小偃 39）；2-9: 阳性植株M: DL2000 ; 1: CK (Xiaoyan 39) ; 2-9: positive plants.T1代全部 170 株植株检测得到 95 株阳性植株，对 T2代 236 株植株检测得到 202 株阳性植株，阳性率分别为 55.9%和 85.6%。选取 4 个不同的转 TaSCL14 基因 T3株系 3-4、3-7、3-8、3-11 及对照系小偃 39，在拔节期每个株系和对照系随机选取 10 株提取基因组 DNA，进行 PCR 特异性检测，检测结果显示对照株系小偃 39 中不能扩增出目的条带，4 个转基因株系阳性率能达到 90%以上，表明这 4 个转基因株系已基本纯合。12

株系,转基因,幼苗期,过表达

2.3 TaSCL14 基因的表达分析为了研究 TaSCL14 基因在转基因后代的过表达情况，对不同的转基因 T3代株照在幼苗期进行取样。T3代株系 3-2、3-4、3-7、3-8、3-9、3-12 分别来自 T0代的4、G14、G14、G20、G27。Real-time PCR 结果（图 2-3）表明，6 个转基因株系表达水平均高于对照，且与对照呈极显著差异。各株系的基因表达量不相同。

【参考文献】