野生二粒小麦耐盐性鉴定及TtHKT1;5基因克隆与生物信息学分析

发布时间：2017-08-08 02:22

  本文关键词：野生二粒小麦耐盐性鉴定及TtHKT1;5基因克隆与生物信息学分析

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【摘要】：小麦是世界上最重要的粮食作物之一,提供了全世界上约21%的能量消耗。盐胁迫是全世界范围内影响农业生产的主要限制因素,全球气候变暖,环境恶化和不合理的灌溉更加剧了土壤盐渍化,给小麦生产带来严重威胁。在我国,耕地面积逐年递减,人口数量不断增加,因此开发利用盐碱地,改良盐碱土壤,种植和培育耐盐植物是提高盐碱地农业生产的最有效方式。普通小麦的四倍体祖先野生二粒小麦发源地“新月沃土”地带自然环境丰富多样,自然生长的野生二粒小麦也表现出丰富的遗传多样性和表型的多样性,是栽培小麦遗传改良的重要种质资源和基因库。因此,利用野生二粒小麦来提高小麦耐盐性对培育优异耐盐小麦新品种具有重要意义。本试验中我们对45份小麦材料,其中包括30份野生二粒小麦材料,13份硬粒小麦,1份血麦,1份中国春进行耐盐性鉴定,从中筛选出耐盐材料;在此基础上,选择鉴定获得耐盐品系B5和盐敏感品种A9为材料,同源克隆了其耐盐关键基因TtHKT8-B1,并比较这两个品种中该基因的差异。主要研究结果如下:1.芽期耐盐性鉴定发现,在150mM Na Cl处理下,幼苗的根长和株高两个指标对盐胁迫最敏感,发芽率受到的影响较小,这可能是发芽时主要依靠种子本身营养,对外界营养依赖较小的缘故。综合芽期发芽率盐害指数、根长盐害指数、株高盐害指数我们得到芽期综合盐害隶属函数值,在所有参试材料中B1、A4、B6、B7芽期综合盐害隶属函数值较小,低于20%,属于芽期耐盐性品种,C5的芽期综合盐害隶属函数值最大,大于60%,属于芽期盐敏感材料。2.进一步对参试材料的苗期耐盐性进行了评价。参照主成分分析结果和相关性分析我们将所有参试指标分为两大类:第一类包括生物量、根长、根表面积,第二类包括叶绿素含量,含水量,净光合效率,蒸腾速率,气孔导度,胞间二氧化碳浓度。将所有指标综合成两个指标后进行系统聚类分析,在欧式平均距离为5时将参试材料分为5类。苗期鉴定出A2,B5,C1,C8,C3,为苗期耐盐材料;A3,D8,B1,B6,D5,D4,B2,A5等材料苗期耐盐性较好,A7,D2,B3,D3,A4,A8,A6,D1,C6,D6,E1等苗期耐盐性中等;C4,E6,E4,E7,A1,E3,B4,B9,B7,D9,C5,C2,D7,E8,E2,A9,B8,C7,C9,E5等为苗期盐敏感材料。相比而言,野生材料的多样性更大,耐盐性的范围更广,而栽培材料主要集中在中抗和中感水平。3.之后对芽期和苗期数据采用系统聚类法进行综合分析,在欧氏距离平均值为5时,30份材料被分成了5类:C5所代表的第1分支芽期耐盐性很差,而在苗期的耐盐性表现也较差,综合来看耐盐性较差;B1所在的第2分支芽期耐盐性很好,苗期耐盐性较差,综合来看耐盐性较好;B5所代表的第3分支,芽期耐盐性较差,苗期耐盐性很好,综合来看耐盐性较好;A5、A8、A4、C3等11份材料所在的第4分支的芽期耐盐性和苗期的盐害隶属函数都处于较低水平,因此耐盐性较好;相反A2、C4、A9、C2等17份材料所在的第5分支芽期和苗期的盐害隶属函数值均较高,耐盐性较差。芽期耐盐材料占总数的50%,苗期耐盐材料占总数的55%,芽期、苗期均耐盐占37%。4.最后,以鉴定的耐盐品系B5和盐敏感品系A9为材料,对其HKT1;5基因进行了同源克隆。结果发现克隆得到的TtHKT8-B1.1,TtHKT8-B1.2序列与参考序列TaHKT8-B1进行序列比对分别有10处和9处的差异,其中6处为本实验材料序列和TaHKT8-B1序列的差异,翻译成氨基酸后分别有6处和5处的差异,而这些氨基酸的变化都是疏水氨基酸内部的变化或亲水氨基酸内部的变化,并没有疏水氨基酸和亲水氨基酸之间的变化。TtHKT8-B1.1和TtHKT8-B1.2基因序列的单核苷酸变化会引起其预测蛋白的理化性质和蛋白结构的差异,相比而言TtHKT8-B1.1编码蛋白的等电点更小,蛋白性质更不稳定,疏水性更强和跨膜结构域的增加,这些变化可能会引起HKT蛋白对Na+/K+的转运效率。
【关键词】：野生二粒小麦 耐盐性 HKT
【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】：2016
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文献综述12-23
• 1.1 野生二粒小麦的起源与进化12-13
• 1.2 野生二粒小麦的抗逆研究13-14
• 1.2.1 野生二粒小麦在抗生物逆境方面的研究13-14
• 1.2.2 野生二粒小麦在抗非生物逆境方面的研究14
• 1.3 盐害对植物的影响14-15
• 1.4 植物的抗盐机理15-18
• 1.4.1 避盐机制15-16
• 1.4.2 耐盐机制16-18
• 1.5 HKT基因研究进展18-22
• 1.5.1 HKT基因家族蛋白结构18-19
• 1.5.2 HKT基因的分类19
• 1.5.3 Ⅰ类HKT基因研究19-20
• 1.5.4 Ⅱ类HKT基因研究20-21
• 1.5.5 HKT1;5 基因的研究21-22
• 1.6 本研究的目的意义22-23
• 第二章 野生二粒小麦耐盐性鉴定23-47
• 2.1 材料与方法23-25
• 2.1.1 试验材料23
• 2.1.2 试验方法23-25
• 2.2 结果与分析25-43
• 2.2.1 芽期耐盐性鉴定25-27
• 2.2.2 野生二粒小麦芽期耐盐性综合评价27-28
• 2.2.3 苗期耐盐性鉴定28-34
• 2.2.4 苗期耐盐性综合评价34-35
• 2.2.5 野生品种和栽培品种盐胁迫相关性状变异系数比较35-36
• 2.2.6 苗期耐盐性主成分分析36-39
• 2.2.7 苗期耐盐性聚类分析39-41
• 2.2.8 苗期参试材料耐盐性比例分布41
• 2.2.9 野生二粒小麦芽期、苗期耐盐性综合评价41-43
• 2.3 讨论43-47
• 2.3.1 芽期盐胁迫相关指标评价与耐盐性分析43
• 2.3.2 苗期耐盐性相关指标评价和耐盐性分析43-47
• 第三章 耐盐相关基因TtHKT8基因的克隆和分析47-57
• 3.1 材料和方法47-50
• 3.1.1 植物材料47-48
• 3.1.2 试验方法48-50
• 3.2 结果与分析50-56
• 3.2.1 DNA和RNA检测结果50
• 3.2.2 酶切验证结果50
• 3.2.3 测序结果与序列分析50-52
• 3.2.4 蛋白二级结构预测52-54
• 3.2.5 蛋白跨膜结构预测54-55
• 3.2.6 蛋白功能域预测55
• 3.2.7 HKT8基因的进化分析55-56
• 3.3 讨论56-57
• 3.3.1 蛋白结构变化可能影响Na+-K+转运效率56
• 3.3.2 HKT基因的进化56-57
• 第四章 结论57-58
• 参考文献58-70
• 附录70-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

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本文编号：637842