本文選題：小麥　切入點：籽粒發(fā)育　出處：《西北農(nóng)林科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：由于人口的不斷增加和可耕地的減少,糧食短缺已成為最嚴重的全球問題之一。作為小麥產(chǎn)量的重要組成因子,粒重是人們近年來研究的熱點。目前在小麥中已經(jīng)成功克隆了粒重基因TaGW2-6A,而其“T”堿基插入突變能夠顯著增加小麥的粒寬和粒重。本研究以CS及其近等基因系NIL31為材料,從細胞學水平、籽粒灌漿以及籽粒細胞分裂素和淀粉合成相關(guān)基因的表達等方面深入探討TaGW2-6A不同等位變異對籽粒發(fā)育的影響。主要研究結(jié)果如下:1.小麥籽粒灌漿速率、干物質(zhì)積累速率與粒重緊密相關(guān)。從花后9天起,NIL31的籽粒胚乳鮮重和干重顯著高于CS,在花后35天時達到最大值,分別提高了46.04%和48.71%。同時,NIL31的灌漿速率也顯著高于CS,特別是花后9-20天。與CS相比,NIL31籽粒粒寬、粒厚和粒長分別增加了約20%,13.6%和12.9%,千粒重增加了約47.9%。這些結(jié)果表明,TaGW2-6A等位變異可能通過影響籽粒灌漿及干物質(zhì)積累速率進而控制籽粒的大小。2.隨著胚乳的發(fā)育,CS和NIL31的中央胚乳細胞的長度和寬度從花后3-25天逐漸增加,但NIL31的細胞比CS顯著增大,特別是在花后9-15天。同時,NIL31的細胞增殖速率也顯著高于CS。另外,CS的種皮比NIL31厚且致密,其可能限制了胚乳細胞的生長,限制了庫的擴大。因此,我們推測TaGW2-6A等位變異可能通過胚乳的增殖及表皮細胞的結(jié)構(gòu),最終影響種子的大小。3.細胞分裂素合成基因和細胞分裂素降解基因能夠促進細胞分裂素的積累,進而影響細胞的分裂。qRT-PCR結(jié)果表明,NIL31中細胞分裂素合成基因TaIPT2,TaIPT3,TaIPT5和TaIPT8的表達模式與CS相似,但各基因的轉(zhuǎn)錄水平明顯高于CS。與TaIPTs相反,細胞分裂素降解基因TaCKX1,TaCKX2和TaCKX6的轉(zhuǎn)錄水平在CS中顯著高于NIL31。因此,我們NIL31中由于細胞分裂素合成基因的高表達及細胞分裂素降解基因的低表達,進而導致細胞分裂素的積累,促進籽粒細胞數(shù)目的增多、體積增大和籽粒灌漿速率的提高,最終導致大籽粒的形成。4.淀粉的合成直接影響小麥籽粒灌漿,其合成受負調(diào)控因子SPA和TaRSR1及淀粉合成基因TaAGPL和TaAGPS的調(diào)節(jié)�；ê�6天到15天,淀粉合成酶基因TaAGPL和TaAGPS在NIL31中的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于CS。SPA和TaRSR1在CS中高表達,而在NIL31中低表達。因此,TaGW2-6A等位變異通過影響淀粉合成相關(guān)基因的表達,進而促進NIL31中淀粉的合成和積累,最終也影響籽粒的大小。綜上所述,TaGW2-6A等位變異可能通過泛素蛋白酶體途徑調(diào)控細胞分裂素和淀粉合成相關(guān)基因的表達,進而促進胚乳細胞的分裂和淀粉的積累造成大籽粒的形成。
[Abstract]:As a result of increasing population and decreasing arable land, food shortages have become one of the most serious global problems. The grain weight gene TaGW2-6A has been successfully cloned in wheat, and its "T" base insertion mutation can significantly increase the grain width and grain weight of wheat. In this study, CS and its near-isogenic line NIL31 were used as materials. The effects of allelic variation of TaGW2-6A on grain development were studied in terms of cytological level, grain filling and expression of genes related to cytokinin and starch synthesis. The main results were as follows: 1. Grain filling rate of wheat. Dry matter accumulation rate was closely related to grain weight. The fresh and dry weight of endosperm of NIL31 was significantly higher than that of CSS from 9 days after anthesis, and reached the maximum at 35 days after anthesis. The grain filling rate of NIL31 was significantly higher than that of CSs, especially 9 to 20 days after anthesis. The grain width of NIL31 was higher than that of CS. The grain thickness and grain length increased by about 13.6% and 12.9%, respectively, and the 1000-grain weight increased by about 47.9%. These results indicate that the allelic variation of TaGW2-6A may control grain size by affecting grain filling and dry matter accumulation rate. The length and width of central endosperm cells in NIL31 increased from 3 to 25 days after anthesis. However, the cell proliferation rate of NIL31 was significantly higher than that of CS, especially at 9-15 days after anthesis. In addition, the seed coat of CS was thicker and denser than that of NIL31, which may limit the growth of endosperm cells and the enlargement of library. We speculate that TaGW2-6A allelic variation may affect seed size by endosperm proliferation and epidermal cell structure. Cytokinin synthesis gene and cytokinin degradation gene can promote cytokinin accumulation. Furthermore, the results of QRT-PCR showed that the expression patterns of cytokinin synthesis gene TaIPT2, TaIPT3, TaIPT5 and TaIPT8 were similar to those of CS, but the transcriptional level of these genes was significantly higher than that of TaIPTs. The transcription levels of cytokinin degrading gene TaCKX1, TaCKX2 and TaCKX6 were significantly higher in CS than in NIL31.Therefore, the high expression of cytokinin synthesis gene and the low expression of cytokinin degrading gene in our NIL31 resulted in the accumulation of cytokinin. The increase of the number of grain cells, the increase of grain volume and the increase of grain filling rate resulted in the formation of large grains. 4. Starch synthesis directly affected grain filling in wheat. Its synthesis was regulated by the negative regulatory factors SPA and TaRSR1 and the starch synthase genes TaAGPL and TaAGPS. From 6 to 15 days after anthesis, the transcription levels of TaAGPL and TaAGPS in NIL31 were significantly higher than those of CS.SPA and TaRSR1 in CS. Therefore, the allelic variation of TaGW2-6A affects the expression of genes associated with starch synthesis, and thus promotes the synthesis and accumulation of starch in NIL31. In conclusion, the allelic variation of TaGW2-6A may regulate the expression of cytokinin and starch synthase related genes through the ubiquitin proteasome pathway. Thus, the division of endosperm cells and the accumulation of starch resulted in the formation of large grains.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S512.1

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本文編號：1671995