小麦春化蛋白TaVrn1与TaVrt2的互作及功能解析
发布时间：2021-09-22 01:46
MADS box转录因子（transcription factor,TF）TaVrn1是控制小麦春化的关键因子,而MADS box TF一般以同源或异源二聚体的形式发挥作用。为了进一步揭示TaVrn1调控小麦春化开花的分子机制,我们前期完成了酵母双杂交实验筛选,并鉴定到了一个与TaVrn1互作的MADS box家族TF TaVrt2。TaVrt2是拟南芥开花抑制因子SVP的同源基因,但TaVrt2在小麦中的功能还不清楚。为了深入解析TaVrn1的作用机制,以及进一步完善小麦春化调控网络,本研究对TaVrt2在春化途径中的功能以及其与TaVrn1互作的生物学意义进行了探索,主要结果如下:1.为了明确TaVrt2的具体功能,通过农杆菌介导的转基因方法,实现TaVrt2在冬性小麦品种科农199（Kenong 199,KN199）中过量表达,转基因植株在不春化（春化0 d）和不充分春化条件下（春化10 d）分别比阴性对照早开花6.2 d和5.4 d。但是在充分春化条件下（春化30 d）,TaVrt2过表达植株与对照植株的开花期没有显著差异。这说明TaVrt2是一个春化途径上的开花促进因子。2....
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光敏感型冬性小麦的VRN基因响应季节变化模式图(Distelfeldetal.,2009a)
中国农业科学院博士学位论文第一章引言7图1.2温带麦类植物光周期和春化基因遗传互作(Kimetal.,2009)Figure1.2Interactionofpotoperiodandvernalizationgenesintemperatecereals(Kimetal.,2009)促进开花的基因和遗传互作标为蓝色（箭头和椭圆），抑制开花的标为红色。春化诱导Vrn1表达，Vrn1抑制Vrn2表达，从而解除了Vrn2对Vrn3的抑制。另一方面，Vrn3受到光周期的调控，长光照能诱导PPD1的表达，而PPD1又能进一步激活VRN3。当VRN3表达之后，能与FDL互作，反过来激活Vrn1的表达，从而形成一个正反馈调节。Componentsandgeneticinteractionsthatpromotefloweringareshowninblue;thosethatrepressfloweringareshowninred.VernalizationinducesVrn1expression,andVrn1inhibitsVrn2expression,thusrelievingtheinhibitionofVrn2onVrn3.Ontheotherhand,Vrn3isregulatedbyphotoperiod,longdaylengthcaninducetheexpressionofPPD1,andPPD1canfurtheractivateVrn3expression.AftertheexpressionofVRN3,itcaninteractwithFDLandinturnactivatetheexpressionofVrn1,formingapositivefeedbackregulation.1.4小麦春化基因的等位变异与地理分布1.4.1小麦品种春化基因的等位变异小麦及其近缘种春化特性的差异主要来自于Vrn1调控区的序列变异，其中Vrn1第一个内含子上的一段2.8kb关键区域和启动子上的VRN-box是最重要的调控位点（图1.3）(Distelfeldetal.,2009a;Fjellheimetal.,2014)。这两个调控位点中的一个发生突变或者插入缺失，都会使Vrn1组成型表达，使植株表现为春性；反之，若这两个位点保持完整，Vrn1为诱导表达型，只在春化后才表达，植株表现为冬性。Vrn1启动子上的CArGbox一度也被认为是影响植株春冬性的关键元件，因为该
中国农业科学院博士学位论文第一章引言8完全缺失，而植株表现为强冬性的一粒小麦品种（vrn1b类型，图1.3），从而证明该位点的缺失与小麦品种的春冬性并不相关(Pidaletal.,2009)。普通六倍体小麦中的春性基因（显性基因）型包括TaVrnA1（TaVrnA1a，TaVrnA1b和TaVrnD1b），TaVrnB1，TaVrnD1和TaVrnB3（表1.1），和冬性TaVrn1基因型相比，TaVrnA1a和TaVrnA1b在TaVrn1-5AL的VRNbox（TTAAAACC）处有分别一个序列的插入和缺失（图1.3，表1.1）(Yanetal.,2004a)，TaVrnA1c，TaVrnB1和TaVrnD1a则是分别在TaVrn-5AL，TaVrn-5BL和TaVrn1-5DL的第一个内含子关键位点处发生大片段序列的缺失（图1.2，表1.1）(Fuetal.,2005)，TaVrnB3是在TaVrn3-7BS启动子上有一个逆转座子的插入（表1.1）。除此之外，还有一些等位变异，会增加植株的春化要求。如基因型TaVrnD1b和TaVrnD1a相比，有一个位于TaVrn1-5DL启动子CArGbox上的SNP变异（表1.2）。含有TaVrnD1b的品种一般属于半冬性，主要分布在黄淮地区，如石4185，鲁麦7号等；而含有TaVrnD1a的品种主要属于弱春性，分布在长江中下游地区，如扬麦系列品种(Zhangetal.,2012)。另外，TaVrn1的蛋白编码区的变异也会造成TaVrn1功能的变化。如强冬性小麦品种2174和弱冬性小麦品种jagger都不含有任何已知的春性等位基因，但是二者的春化特性差异来源于其TaVrn1-5AL编码区的一个碱基的变异，jagger和2174的TaVrn1-5AL所编码蛋白的第180位氨基酸分别是丙氨酸（TaVrn1-5AL-jagger）和亮氨酸（TaVrn1-5AL-2174），而TaVrn1-5AL-2174的蛋白功能要弱于TaVrn1-5AL-jagger(Lietal.,2013)，因此，2174需要更长的春化时间。除此之外，研究还发现，TaVrn1-5AL位点的拷贝数变异会对TaVrn1的表达造成影响，TaVrnA1的拷贝数增加会降低TaVrn1的表?
【参考文献】：
期刊论文
[1]春化和光周期基因等位变异在23个国家小麦品种中的分布[J]. 杨芳萍,韩利明,阎俊,夏先春,张勇,曲延英,王忠伟,何中虎. 作物学报. 2011(11)
[2]胰蛋白酶在冬小麦春化过程中的作用[J]. 谭克辉,张玉竹. Journal of Integrative Plant Biology. 1982(03)
[3]代谢抑制剂对冬小麦春化过程的影响[J]. 谭克辉,王文宏,何希文,李守全. Journal of Integrative Plant Biology. 1981(05)
本文编号：3402893
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光敏感型冬性小麦的VRN基因响应季节变化模式图(Distelfeldetal.,2009a)
中国农业科学院博士学位论文第一章引言7图1.2温带麦类植物光周期和春化基因遗传互作(Kimetal.,2009)Figure1.2Interactionofpotoperiodandvernalizationgenesintemperatecereals(Kimetal.,2009)促进开花的基因和遗传互作标为蓝色（箭头和椭圆），抑制开花的标为红色。春化诱导Vrn1表达，Vrn1抑制Vrn2表达，从而解除了Vrn2对Vrn3的抑制。另一方面，Vrn3受到光周期的调控，长光照能诱导PPD1的表达，而PPD1又能进一步激活VRN3。当VRN3表达之后，能与FDL互作，反过来激活Vrn1的表达，从而形成一个正反馈调节。Componentsandgeneticinteractionsthatpromotefloweringareshowninblue;thosethatrepressfloweringareshowninred.VernalizationinducesVrn1expression,andVrn1inhibitsVrn2expression,thusrelievingtheinhibitionofVrn2onVrn3.Ontheotherhand,Vrn3isregulatedbyphotoperiod,longdaylengthcaninducetheexpressionofPPD1,andPPD1canfurtheractivateVrn3expression.AftertheexpressionofVRN3,itcaninteractwithFDLandinturnactivatetheexpressionofVrn1,formingapositivefeedbackregulation.1.4小麦春化基因的等位变异与地理分布1.4.1小麦品种春化基因的等位变异小麦及其近缘种春化特性的差异主要来自于Vrn1调控区的序列变异，其中Vrn1第一个内含子上的一段2.8kb关键区域和启动子上的VRN-box是最重要的调控位点（图1.3）(Distelfeldetal.,2009a;Fjellheimetal.,2014)。这两个调控位点中的一个发生突变或者插入缺失，都会使Vrn1组成型表达，使植株表现为春性；反之，若这两个位点保持完整，Vrn1为诱导表达型，只在春化后才表达，植株表现为冬性。Vrn1启动子上的CArGbox一度也被认为是影响植株春冬性的关键元件，因为该
中国农业科学院博士学位论文第一章引言8完全缺失，而植株表现为强冬性的一粒小麦品种（vrn1b类型，图1.3），从而证明该位点的缺失与小麦品种的春冬性并不相关(Pidaletal.,2009)。普通六倍体小麦中的春性基因（显性基因）型包括TaVrnA1（TaVrnA1a，TaVrnA1b和TaVrnD1b），TaVrnB1，TaVrnD1和TaVrnB3（表1.1），和冬性TaVrn1基因型相比，TaVrnA1a和TaVrnA1b在TaVrn1-5AL的VRNbox（TTAAAACC）处有分别一个序列的插入和缺失（图1.3，表1.1）(Yanetal.,2004a)，TaVrnA1c，TaVrnB1和TaVrnD1a则是分别在TaVrn-5AL，TaVrn-5BL和TaVrn1-5DL的第一个内含子关键位点处发生大片段序列的缺失（图1.2，表1.1）(Fuetal.,2005)，TaVrnB3是在TaVrn3-7BS启动子上有一个逆转座子的插入（表1.1）。除此之外，还有一些等位变异，会增加植株的春化要求。如基因型TaVrnD1b和TaVrnD1a相比，有一个位于TaVrn1-5DL启动子CArGbox上的SNP变异（表1.2）。含有TaVrnD1b的品种一般属于半冬性，主要分布在黄淮地区，如石4185，鲁麦7号等；而含有TaVrnD1a的品种主要属于弱春性，分布在长江中下游地区，如扬麦系列品种(Zhangetal.,2012)。另外，TaVrn1的蛋白编码区的变异也会造成TaVrn1功能的变化。如强冬性小麦品种2174和弱冬性小麦品种jagger都不含有任何已知的春性等位基因，但是二者的春化特性差异来源于其TaVrn1-5AL编码区的一个碱基的变异，jagger和2174的TaVrn1-5AL所编码蛋白的第180位氨基酸分别是丙氨酸（TaVrn1-5AL-jagger）和亮氨酸（TaVrn1-5AL-2174），而TaVrn1-5AL-2174的蛋白功能要弱于TaVrn1-5AL-jagger(Lietal.,2013)，因此，2174需要更长的春化时间。除此之外，研究还发现，TaVrn1-5AL位点的拷贝数变异会对TaVrn1的表达造成影响，TaVrnA1的拷贝数增加会降低TaVrn1的表?
【参考文献】：
期刊论文
[1]春化和光周期基因等位变异在23个国家小麦品种中的分布[J]. 杨芳萍,韩利明,阎俊,夏先春,张勇,曲延英,王忠伟,何中虎. 作物学报. 2011(11)
[2]胰蛋白酶在冬小麦春化过程中的作用[J]. 谭克辉,张玉竹. Journal of Integrative Plant Biology. 1982(03)
[3]代谢抑制剂对冬小麦春化过程的影响[J]. 谭克辉,王文宏,何希文,李守全. Journal of Integrative Plant Biology. 1981(05)
本文编号：3402893
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/3402893.html
