小麦TaGASR7部分同源基因表达调控及其功能初步研究

发布时间：2017-10-03 19:21

  本文关键词：小麦TaGASR7部分同源基因表达调控及其功能初步研究

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【摘要】：在禾谷类作物中,籽粒的表型性状如粒长、粒宽和粒厚等往往对作物产量产生重要影响。虽然目前在水稻中鉴定了一批影响粒长、粒宽和粒厚的基因,但在小麦中只有影响粒长的Ta GASR7和影响粒宽的Ta GW2基因通过同源克隆的方法进行了研究。普通小麦是典型的异源六倍体,包含A、B、D三个基因组。尽管有文献报道Ta GASR7-A1可能是影响小麦粒长的因素之一,然而对其生物学功能的进一步探讨,特别是Ta GASR7三个部分同源基因在籽粒发育不同时期以及小麦多倍化过程中表达调控机制与功能的异同,尚未见任何报道。本研究在前期已经获得Ta GASR7基因的编码序列、染色体定位信息、受赤霉素诱导等信息的基础上,进一步通过BAC文库筛选,获得了Ta GASR7三个部分同源基因的启动子序列,分析了顺式元件和转座子等多倍化过程中主要调控位点的遗传与表观遗传修饰特点;探索了基于病毒的沉默和过表达Ta GASR7的三个部分同源基因对包括粒长在内的小麦表型性状的影响。主要结果如下:1.来自B基因组的GASR7B基因在合成小麦中主导GASR7基因的表达。GASR7B基因的主导作用主要表现在以下三个方面:1)在籽粒发育的早期,GASR7B基因表现为持续高表达;2)GASR7B基因对赤霉素诱导响应最强烈,这可能与其启动子上分布的GA响应元件较多相关联;3)GASR7B在新合成异源六倍体小麦中仍然保持高表达,而GASR7A和GASR7D在成为六倍体小麦的部分同源基因之后表达受到显著抑制。2.小麦多倍化过程中GASR7A/D受到表观遗传调控。六倍体化之后GASR7D启动子的DNA甲基化程度升高,表明小麦多倍化过程中GASR7D受到表观遗传调控。GASR7A启动子上重复序列的插入以及其上24-nt si RNAs的分布,暗示GASR7A在多倍化过程中很有可能受到了RNA依赖的DNA甲基化调控。3.在小麦中成功建立了基于病毒的沉默和过表达靶基因的技术体系,实现了通过侵染抽穗期旗叶影响穗部靶基因表达。4.小麦多倍化过程中Ta GASR7A/D表达受到抑制可能与其功能分化相关。利用病毒侵染小麦抽穗期的旗叶,在穗部实现分别瞬时过表达Ta GASR7A/B/D。瞬时过表达Ta GASR7A影响了被侵染植株穗部叶绿素合成,使植株穗部失绿;瞬时过表达Ta GASR7D影响了被侵染植株结实率;而瞬时过表达Ta GASR7B却没有观察到明显表型变化,表明Ta GASR7A/B/D的生物学功能可能存在某种差异。GASR7A和GASR7D在成为六倍体小麦的部分同源基因之后表达受到显著抑制,推测在多倍化过程中抑制Ta GASR7A/D基因的表达可能对多倍体生长优势和育性提高是有益的。5.Ta GASR7A/B/D表达下调对小麦粒长性状的影响。在不区分A、B、D的前提下,下调Ta GASR7可能对粒长和千粒重造成了一定程度的影响,但上述结果需要进一步确认。综上所述,我们一方面揭示了Ta GASR7的三个部分同源基因在小麦籽粒发育和多倍化过程中表达调控机制的异同;另一方面初步探索了Ta GASR7的三个部分同源基因功能的异同,为Ta GASR7基因的实际应用提供了一定的理论依据。
【关键词】：小麦 粒长 VIGS 部分同源基因
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1;Q943.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 英文缩略表11-12
• 第一章 引言12-27
• 1.1 新合成异源六倍体小麦材料的理论及育种价值12-13
• 1.2 禾谷类作物籽粒性状决定基因研究进展13-15
• 1.2.1 水稻籽粒性状决定基因13-14
• 1.2.2 小麦籽粒性状决定基因14-15
• 1.3 小麦基因组研究最新进展及其应用15-18
• 1.3.1 小麦A基因组序列草图公布15-16
• 1.3.2 小麦D基因组序列草图公布16
• 1.3.3 六倍体小麦中国春 5x序列草图公布16
• 1.3.4 基于染色体的六倍体小麦中国春序列草图公布16
• 1.3.5 小麦及其供体种A和D基因组序列草图的应用16-18
• 1.4 异源六倍体小麦三个部分同源基因的表达调控研究进展18-20
• 1.4.1 小麦E类MADS box基因的三个部分同源基因表达调控18-19
• 1.4.2 小麦重要驯化基因Q的三个部分同源基因表达调控19
• 1.4.3 小麦扩张蛋白基因的三个部分同源基因表达调控19
• 1.4.4 DNA甲基化与小麦部分同源基因表达调控19-20
• 1.5 单子叶植物病毒诱导的基因沉默研究进展20-25
• 1.5.1 用于沉默单子叶植物目标基因的病毒系统21-23
• 1.5.2 通过现有的VIGS载体研究单子叶植物基因的功能23
• 1.5.3 VIGS--用于沉默小麦根，叶以及减数分裂组织中表达的基因23-24
• 1.5.4 VIGS--小麦穗和籽粒中的应用以及在高分子量麦谷蛋白亚基编码基因功能分析中的应用24
• 1.5.5 VIGS--依赖于病毒的miRNA表达在植物基因功能分析中的应用24
• 1.5.6 VOX--依赖于病毒的基因过表达在植物基因功能分析中的应用24-25
• 1.5.7 VIGS--在基因组编辑技术CRISPR/Cas9系统中的应用25
• 1.6 本研究的意义，，内容与技术路线25-27
• 1.6.1 本研究的意义和内容25-26
• 1.6.2 技术路线26-27
• 第二章 TAGASR7三个部分同源基因的表达调控机制研究27-42
• 2.1 实验材料27-28
• 2.1.1 植物材料27
• 2.1.2 实验中的各种试剂、酶与耗材27
• 2.1.3 引物27-28
• 2.2 实验方法28-32
• 2.2.1 小麦幼嫩籽粒DNA提取28
• 2.2.2 小麦幼嫩籽粒总RNA提取（天根生化科技有限公司试剂盒）28-29
• 2.2.3 cDNA第一链的合成29
• 2.2.4 Real-time PCR29
• 2.2.5 中国春小麦BAC文库筛选29-30
• 2.2.6 TaGASR7A/B/D启动子序列克隆30-31
• 2.2.7 TaGASR7B启动子瞬时表达检测31-32
• 2.3 实验结果与分析32-41
• 2.3.1 TaGASR7三个部分同源基因特异引物的获得32-33
• 2.3.2 TaGASR7三个部分同源基因在未成熟种子中的差异表达33-34
• 2.3.3 来自B基因组的GASR7B基因在合成小麦中主导GASR7基因的表达 . 2334-37
• 2.3.4 小麦多倍化过程中GASR7三个部分同源基因的表观遗传调控的可能性 . 262.3.5 TaGASR7B基因启动子在愈伤组织和未成熟籽粒中的瞬时表达37-40
• 2.3.5 Ta GASR7B 基因启动子在愈伤组织和未成熟籽粒中的瞬时表达40-41
• 2.4 讨论41-42
• 第三章 探索利用病毒诱导基因沉默方法研究TAGASR7A/B/D三个部分同源基因的功能42-53
• 3.1 实验材料42-43
• 3.1.1 植物材料42
• 3.1.2 病毒诱导基因沉默方法所用载体42
• 3.1.3 实验中的各种试剂、酶与耗材42
• 3.1.4 引物42-43
• 3.2 实验方法43-47
• 3.2.1 BSMV-VOX引物设计43
• 3.2.2 BSMV-VIGS引物设计43-44
• 3.2.3 VIGS片段克隆44-47
• 3.3 实验结果与分析47-52
• 3.3.1 小麦穗部BSMV-VIGS技术体系的建立47-48
• 3.3.2 抽穗期接种病毒可能不影响结实率48
• 3.3.3 接种BSMV:TaGASR7D (VOX)对小麦结实率的影响48-49
• 3.3.4 接种BSMV:TaGASR7A (VOX)对小麦穗部叶绿素含量影响的初步观察49-50
• 3.3.5 BSMV-VIGS植株的粒长性状初步观察50-52
• 3.4 讨论52-53
• 第四章 全文结论53-54
• 参考文献54-61
• 附录61-63
• 致谢63-64
• 作者简历64

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1 张冬冬;小麦TaGASR7部分同源基因表达调控及其功能初步研究[D];中国农业科学院;2015年

本文编号：966261