小麦TaNAC67基因抗逆分子机理及优异单倍型发掘

发布时间：2020-10-18 21:03

　　 小麦(Triticum aestivum L.)是世界最主要粮食作物之一。随着气候变化,各种自然灾害频发,严重制约了小麦生产。为确保粮食安全,迫切需要培育抗逆、稳产、广适的小麦新品种,而挖掘利用小麦自身优异遗传资源是解决这一问题的最经济有效途径。实验室前期研究发现TaNAC67参与对多种逆境胁迫的应答,其过量表达能增强拟南芥的抗逆性。为进一步揭示其增强植物抗逆性的分子机制,明确其在调控农艺性状发育方面的作用,本研究以普通小麦旱选10号为材料,克隆目标基因,通过启动子区顺式作用元件分析、表达模式分析、转基因水稻功能分析、转录组分析、蛋白互作分析、基因序列多态性分析、功能标记开发、关联分析等,明确了TaNAC67-6A、-6B、-6D在不同逆境胁迫下的表达模式,初步揭示了其增强抗逆性的分子机理,明确了TaNAC67在调控穗长和单穗小穗数发育方面的作用,开发了功能标记,确定了TaNAC67-6D的优异单倍型。主要研究结果如下:(1)以普通小麦旱选10号为材料,克隆了小麦TaNAC67-6A、-6B、-6D的基因组序列,发现TaNAC67只有1个外显子,无内含子。启动子顺式作用元件分析发现3个基因启动子区存在多个逆境应答顺式作用元件,但不同基因启动子顺式作用元件的数量和分布存在较大差异。(2)基因表达模式分析发现,TaNAC67不同基因组成员在不同胁迫条件下、不同组织中的表达模式存在较大差异。TaNAC67-6A、-6B、-6D在高盐、高渗、外源ABA、低温处理条件下均上调表达,但高温抑制表达。3个基因对逆境胁迫的敏感度为:低温ABA高盐高渗高温。在不同胁迫条件下,TaNAC67-6B和-6D的表达均显著高于-6A;相同胁迫条件下,同一基因在叶中的表达显著高于根中的表达。(3)转基因表型分析发现,TaNAC67过表达株系的主穗穗长、穗粒数、主穗一级分枝和次级分枝、秕粒数、有效穗数、粒长和粒宽均显著高于WT,而株高显著低于野生型WT。(4)转基因表型分析发现,干旱胁迫条件下,TaNAC67过表达株系的存活率约为25~40%,野生型对照不足10%,因此转水稻的抗旱性显著增强。盐胁迫条件下,转基因水稻的多种生理性状得到了显著改善,如细胞膜稳定性、SPAD值显著高于野生型,而渗透势、Na~+含量显著低于野生型,表明TaNAC67提高了水稻的耐盐性。(5)转录组测序发现,PEG和NaCl处理条件下共检测到72和55个差异表达基因,其中上调表达基因分别为54、17个,下调表达基因各有18、38个。上调差异表达基因主要来自旱胁迫,盐胁迫的上调差异表达基因相对较少。qRT-PCR检测结果与转录组测序结果吻合。干旱胁迫条件下,转基因植株中参与谷胱甘肽代谢、糖代谢和氮代谢的基因表达呈上调趋势。(6)DNA序列多态性分析发现,TaNAC67-6A启动子区存在一个SNP和一个126bp的InDel;TaNAC67-6B启动子区存在2个SNP,而TaNAC67-6D在启动子区和编码区各有1个SNP。根据SNP位点分别开发功能标记SNP-A-1、SNP-A-2、SNP-B-1、SNP-B-2、SNP-D-1和SNP-D-2。(7)关联分析结果表明,TaNAC67-6A、-6B的4功能标记与所检测农艺性状无显著关联,而TaNAC67-6D的2个功能标记SNP-D-1和SNP-D-2分别与穗长和每穗小穗数显著关联。自然群体中,TaNAC67-6D存在3种主要单倍型,其中Hap-6D-3是增加穗长和每穗小穗数的优异单倍型,该单倍型在我国小麦育种中受到了正向选择。
【学位单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S512.1
【部分图文】：

图1-3 NAC转录因子响应非生物胁迫的途径[41]. 1-3 Pathways for NAC transcription factors involved in response to abiotic 芥 ANAC019 参与调控干旱应答基因的表达，其过表达能增强植物的调控花发育基因的表达，调节植物开花[42]。ANAC096 是在 ABA 依激活作用，其过表达能增强植物的抗旱性[43]。ANAC069 能够抑制基因表达，从而削弱植物清除 ROS 的能力，抑制脯氨酸的生物72 和 StNAC101 是拟南芥脱水应答基因 RD26 的同源基因，强烈响应5]。中过表达SNAC2显著提高转基因水稻的耐冷性、耐旱性和耐盐性[5]对非生物胁迫的应答和 ABA 依赖的抗逆反应[46]；过表达 OsNAC2程序性死亡[47]。OsNAC5 能增加植物根系数量和根直径等根系结构耐旱性[48]。OsNAC9 参与调控植物细胞发育、形态和根系构型，其的抗旱性，提高产量[49, 50]。OsNAC10 主要在根和圆锥花序中表达
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1 张宏娟;小麦TaNAC67基因抗逆分子机理及优异单倍型发掘[D];甘肃农业大学;2019年

本文编号：2846810