小麦穗型发育关键基因Q的分子遗传调控机理研究
发布时间：2020-12-06 02:15
单位面积亩穗数、穗粒数、千粒重是影响小麦产量的三个主要因素。小麦穗型直接影响小麦的产量,是一个小麦驯化和选择育种中重要的农艺性状。因此,小麦穗型遗传调控研究具有重要的理论意义和应用价值。在玉米和水稻中关于穗发育已经有较深入的研究,但是关于小麦穗发育分子机理的研究还非常有限。Q基因是小麦穗部性状驯化相关的重要基因,然而Q基因是如何调控小麦穗发育的分子机制还不清楚。本论文从小麦miR172基因为切入点,深入研究Q基因的功能调控机制,探究小麦穗型形成的分子遗传调控机理。通过基因预测及miRNA二级结构分析,从普通栽培小麦品种（Triticum aestivum）科农199（KN199）中克隆tae-MIR172前体基因,融合玉米ubiquitin启动子转化KN199小麦,并获得一系列稳定转基因小麦株系。转基因小麦表型分析,表明tae-miR172过表达转基因小麦表现出类似小麦q基因型的speltoid穗型。Real-time PCR分析结果表明:tae-miR172转基因小麦中tae-miR172表达水平明显升高,Q基因表达水平显著降低。通过快速扩增cDNA 5’末端的实验（5’RACE）和...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
小麦穗、小穗及小花的结构（Liuetal.,2018;Ciaffietal.,2011）
中国农业科学院博士学位论文 第一章 引言miRNA 介导的动物翻译抑制的机制包括翻译起始复合物的解离，翻译阻遏物的募集或 polyA 结合蛋白从mRNA 的置换（Iwakawa and Tomari, 2015）。动物miRNA的这种活性需要支架蛋白GW182，这种蛋白在植物中还未被发现（Iwakawa and Tomari, 2015）。1.4.2 调控植物发育的 miRNA 研究进展MicroRNAs 是基因表达转录后调节的核心参与者，并且参与植物中的许多生物过程，在植物生长发育的调控过程中发挥了重要的作用。miRNA 通过与靶基因序列特异性碱基配对调节靶基因的表达（Wang et al., 2018; Bartel, 2009）。在植物中，内源性 miRNA 在植物发育过程中的基因调控中起关键作用，相关的作用机制已经有了比较清楚的研究。研究表明，不同的 miRNA 在植物生长和发育的不同过程中发挥着不同的作用（图 1.6），包括芽分生组织调控，叶片发育，花器官发育的转变等（Xu et al, 2019; Sunkar et al., 2012; Chen, 2009）。据报道植物 miRNA 主要靶向编码转录因子、激素受体和酶类的基因（Rhoades et al., 2002; Mitsuda and Ohme, 2009; Navarro et al.,2006）。研究报道 miRNA 在重要的生物过程和植物的性状发育中起着至关重要的作用，可以被有效地用于作物的性状改良（Mangrauthia et al.,2017; Tang and Chu, 2017）。
图 3.2 KN199 的 1B 染色体和中国春 1A，1B 和 1D 的 tae-MIR172 前体的序列比对Figure3.2 Sequence alignment of tae-MIR172 precursors from 1B of KN199 and 1A, 1B and 1D of Chinese spring (CS)Kenong199 (KN199) 的 1B 染色体和中国春 1A，1B 和 1D 的染色体上 tae-MIR172 前体的序列比对。以黑色阴影框表示成熟的 tae-miR172 序列。3.2 普通小麦中 tae-miR172 功能分析3.2.1 过表达 tae-miR172 导致普通小麦产生 Speltoid 穗型为了确定 tae-miR172 在普通小麦中的生物学功能，我们构建了 Ubi 启动子驱动 MIR172-1B前体的过表达 tae-miR172b 质粒 pUbi:tae-MIR172，并以普通小麦材料科农 199（KN199）为受体进行转基因研究。在 T2代检测 tae-miR172b 过表达材料 miR172 的表达和表型。结果发现，在四个不同的 pUbi:tae-MIR172 转基因植物中均检测到 miR172 的表达与野生型（WT）KN199 相比上调 2 倍以上（图 3.3b）。pUbi:tae-MIR172 转基因小麦植株在抽穗后的植物形态表型，包括植株高度和分蘖，与野生型（WT）KN199 的大致相似（图 3.3a）。然而，pUbi:tae-MIR172 转基因植株的穗型结构与野生型（WT）KN199 相比差异较大，它们每穗的小穗数的有一定程度的减少并不是很显著，但是在穗长和小穗紧凑程度上差异较大。pUbi:tae-MIR172 转基因植株的穗型呈现出
【参考文献】：
期刊论文
[1]四种不同穗型小麦的穗部性状分析[J]. 李莎莎,冯变娥,乔俊芳,范晋波,王旭辉,赵杰,张瑞,王爱萍,董琦,郝兴宇. 激光生物学报. 2016(01)
[2]小麦穗部发育多效基因的遗传分析与基因定位[J]. 宋全昊,刘路平,李法计,田芳慧,孙道杰. 西北植物学报. 2013(04)
[3]小麦的起源、进化与中国小麦遗传资源[J]. 曹亚萍. 小麦研究. 2008(03)
[4]人工合成小麦穗部特异性状的遗传分析[J]. 任哓波,兰秀锦,汪加丽. 四川农业大学学报. 2006(04)
[5]不同类型超级小麦品种小花分化及产量构成因素的相关性分析[J]. 田纪春,王延训,赵亮,杜立明. 山东农业科学. 2005(01)
[6]黔西北山区小麦产量构成因素及高产育种途径研究[J]. 唐映军. 种子. 2003(01)
硕士论文
[1]小麦TaERF5基因多样性与功能分析[D]. 刘盼.中国农业科学院 2015
本文编号：2900527
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
小麦穗、小穗及小花的结构（Liuetal.,2018;Ciaffietal.,2011）
中国农业科学院博士学位论文 第一章 引言miRNA 介导的动物翻译抑制的机制包括翻译起始复合物的解离，翻译阻遏物的募集或 polyA 结合蛋白从mRNA 的置换（Iwakawa and Tomari, 2015）。动物miRNA的这种活性需要支架蛋白GW182，这种蛋白在植物中还未被发现（Iwakawa and Tomari, 2015）。1.4.2 调控植物发育的 miRNA 研究进展MicroRNAs 是基因表达转录后调节的核心参与者，并且参与植物中的许多生物过程，在植物生长发育的调控过程中发挥了重要的作用。miRNA 通过与靶基因序列特异性碱基配对调节靶基因的表达（Wang et al., 2018; Bartel, 2009）。在植物中，内源性 miRNA 在植物发育过程中的基因调控中起关键作用，相关的作用机制已经有了比较清楚的研究。研究表明，不同的 miRNA 在植物生长和发育的不同过程中发挥着不同的作用（图 1.6），包括芽分生组织调控，叶片发育，花器官发育的转变等（Xu et al, 2019; Sunkar et al., 2012; Chen, 2009）。据报道植物 miRNA 主要靶向编码转录因子、激素受体和酶类的基因（Rhoades et al., 2002; Mitsuda and Ohme, 2009; Navarro et al.,2006）。研究报道 miRNA 在重要的生物过程和植物的性状发育中起着至关重要的作用，可以被有效地用于作物的性状改良（Mangrauthia et al.,2017; Tang and Chu, 2017）。
图 3.2 KN199 的 1B 染色体和中国春 1A，1B 和 1D 的 tae-MIR172 前体的序列比对Figure3.2 Sequence alignment of tae-MIR172 precursors from 1B of KN199 and 1A, 1B and 1D of Chinese spring (CS)Kenong199 (KN199) 的 1B 染色体和中国春 1A，1B 和 1D 的染色体上 tae-MIR172 前体的序列比对。以黑色阴影框表示成熟的 tae-miR172 序列。3.2 普通小麦中 tae-miR172 功能分析3.2.1 过表达 tae-miR172 导致普通小麦产生 Speltoid 穗型为了确定 tae-miR172 在普通小麦中的生物学功能，我们构建了 Ubi 启动子驱动 MIR172-1B前体的过表达 tae-miR172b 质粒 pUbi:tae-MIR172，并以普通小麦材料科农 199（KN199）为受体进行转基因研究。在 T2代检测 tae-miR172b 过表达材料 miR172 的表达和表型。结果发现，在四个不同的 pUbi:tae-MIR172 转基因植物中均检测到 miR172 的表达与野生型（WT）KN199 相比上调 2 倍以上（图 3.3b）。pUbi:tae-MIR172 转基因小麦植株在抽穗后的植物形态表型，包括植株高度和分蘖，与野生型（WT）KN199 的大致相似（图 3.3a）。然而，pUbi:tae-MIR172 转基因植株的穗型结构与野生型（WT）KN199 相比差异较大，它们每穗的小穗数的有一定程度的减少并不是很显著，但是在穗长和小穗紧凑程度上差异较大。pUbi:tae-MIR172 转基因植株的穗型呈现出
【参考文献】：
期刊论文
[1]四种不同穗型小麦的穗部性状分析[J]. 李莎莎,冯变娥,乔俊芳,范晋波,王旭辉,赵杰,张瑞,王爱萍,董琦,郝兴宇. 激光生物学报. 2016(01)
[2]小麦穗部发育多效基因的遗传分析与基因定位[J]. 宋全昊,刘路平,李法计,田芳慧,孙道杰. 西北植物学报. 2013(04)
[3]小麦的起源、进化与中国小麦遗传资源[J]. 曹亚萍. 小麦研究. 2008(03)
[4]人工合成小麦穗部特异性状的遗传分析[J]. 任哓波,兰秀锦,汪加丽. 四川农业大学学报. 2006(04)
[5]不同类型超级小麦品种小花分化及产量构成因素的相关性分析[J]. 田纪春,王延训,赵亮,杜立明. 山东农业科学. 2005(01)
[6]黔西北山区小麦产量构成因素及高产育种途径研究[J]. 唐映军. 种子. 2003(01)
硕士论文
[1]小麦TaERF5基因多样性与功能分析[D]. 刘盼.中国农业科学院 2015
本文编号：2900527
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