【摘要】：小麥作為人類食物的重要來源,世界上有43個國家以小麥為主食,占世界總?cè)丝诘?5%,糧食生產(chǎn)的最終目標(biāo)是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)以滿足人們的需求。株高作為重要的農(nóng)藝性狀對作物產(chǎn)量和抗倒伏能力有著重要影響,適當(dāng)矮化可以提高收獲指數(shù)。矮桿基因(Reduced height,Rht)是小麥矮化育種的主要對象,通過對株高的調(diào)控可以達(dá)到提高收獲指數(shù)和抗倒伏的效果。小麥株高主效控制基因Rht-1與GA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑密切相關(guān)。因此,發(fā)掘小麥Rht-1基因啟動子等位變異和Rht-1所編碼蛋白的調(diào)控機(jī)制,解析Rht-1基因調(diào)控株高的機(jī)理,對小麥株型改良有著重要的理論意義和實踐意義。因而,本研究通過對Rht-1基因的啟動子進(jìn)行了克隆以及Rht-1所編碼的DELLA蛋白的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了剖析,同時對GA受體蛋白編碼基因GID1的等位變異進(jìn)行了挖掘,并對GID1與DELLA蛋白的互作進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:1.小麥降稈基因Rht-1等位變異的發(fā)掘中國小麥微核心種質(zhì)中Rht-1基因啟動子區(qū)域克隆得到的序列與李愛霞博士克隆得到的Rht-1編碼區(qū)序列進(jìn)行拼接,結(jié)果顯示,除野生型(小麥品種中國春類型)外,在A、B和D組中我們共檢測到74種等位變異類型,其中A組29種,B組21種,D組24種,Rht-A1_21類型有52個品種,占19.8%,Rht-A1_2有17個品種,占6.5%,Rht-A1_28有14個品種,占5.3%,Rht-A1_24和Rht-A1_29各有8個品種,各占3.1%;Rht-B1_3有7個品種,占2.7%,Rht-B1_12有9個品種,占3.4%,Rht-B1_14有10個品種,占3.8%;Rht-D1_18類型有23個品種,占8.8%,Rht-D1_9有7個品種,占2.7%,Rht-B1_21有12個品種,占4.6%。特別是在A和B亞基因組中我們新發(fā)現(xiàn)了191 bp、197 bp和217 bp 3種片段的插入類型,對3類插入片段的順式作用元件進(jìn)行預(yù)測分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這3類片段的插入使Rht-1基因啟動子區(qū)域擁有更多的順式作用元件,除了在啟動子區(qū)域常見的順式作用元件,還包括一些環(huán)境響應(yīng)、激素響應(yīng)和組織特異性表達(dá)相關(guān)的元件,說明3種插入類型的等位變異的調(diào)控機(jī)制更為復(fù)雜,特別是在217 bp中,有1個與分生組織表達(dá)有關(guān)的CCGTCC-box順式作用元件,可能會影響該類型等位變異材料的株高。設(shè)計了191 bp、197 bp和217 bp插入類型的共顯性標(biāo)記PA-191MF1/R1、PB-197MF1/R1和PA-217MF1/R1,用于檢測這3種等位變異類型,同時構(gòu)建了這3種等位變異類型的轉(zhuǎn)基因擬南芥GUS表達(dá)載體,并得到了T1代轉(zhuǎn)基因擬南芥植株。2.小麥赤霉素受體基因GID1等位變異的發(fā)掘及功能分析通過同源克隆的方法,我們在262份中國小麥微核心種質(zhì)中分離出了A、B和D亞基因組的GID1基因,3組GID1基因皆由2個外顯子和1個內(nèi)含子組成。除野生型(小麥品種中國春類型)外,一共發(fā)掘出31個新等位變異(7種GID1-A基因型、12種GID1-B基因型和12種GID1-D基因型),其中GID1-B_8變異類型所占比例最大,有32個品種屬于此變異類型,頻率為12.21%,GID1-B_5和GID1-B_9均有9個品種,頻率為3.44%,GID1-D_2、GID1-D_10、GID1-B_3和GID1-D_5的品種數(shù)依次為6、5、4和3,頻率依次為2.29%、1.91%、1.53%和1.15%,GID1-A_3、GID1-A_6、GID1-B_4和GID1-D_7變異類型都是2個品種,頻率為0.76%,其余變異類型均為1個品種,頻率為0.38%。在株高性狀方面,較野生型(111cm)高10cm以上的變異類型有GID1-A_3(127cm)、GID1-A_7(125cm)、GID1-D_3(124cm)、GID1-D_8(126cm)、GID1-D_9(122cm)、GID1-D_11(127cm),株高較野生矮10cm以上的有GID1-B_4(91cm)、GID1-B_7(53cm)、GID1-B_10(81cm)、GID1-D_1(86cm)、GID1-D_4(92cm)、GID1-D_5(99cm)。由于GID1基因編碼區(qū)的保守性,在外顯子區(qū)域有11種等位變異類型,有義突變只有6個,內(nèi)含子區(qū)域包括20個等位變異類型。我們將外顯子區(qū)域的2個移碼突變(GID1-A_6、GID1-B_11)和1個錯義突變(GID1-D_10)與DELLA蛋白進(jìn)行了酵母雙雜實驗,結(jié)果顯示,GID1-A_6和GID1-B_11移碼突變類型在施加GA的條件下與DELLA蛋白無互作,GID1-D_10錯義突變類型與DELLA蛋白存在著依賴于GA的互作,而其所對應(yīng)材料的株高與野生型無明顯差異,可能是GID1基因在A、B和D亞基因組功能冗余的原因。
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1
【圖文】：

植株矮化并且對于外源活性 GA 反應(yīng)降低 (Peng et al., 1999)。2.1 GA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的抑制子 DELLA 蛋白DELLA 蛋白作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 GRAS 家族的一個亞族，是 GA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵抑制子，定位于細(xì)胞核內(nèi)(Lawit et al., 2010; Ogawa et al., 2000)。DELLA 蛋白參與種子萌發(fā)、植株生長發(fā)育等幾乎 GA 參與的所有生化反應(yīng)，其中 DELLA 的作用是抑制植株生長，GA 與 GID1 和 DELLA 蛋白結(jié)合后，DELLA 蛋白被降解，抑制作用被解除(Achard and Genschik, 2009)。DELLA 蛋白在結(jié)構(gòu)上主要由 N 端 DELLA 域和 C 端的 GRAS 功能域組成（圖 1.1）Achard and Genschik，2009）。其中 N 端包含了一個 DELLA 蛋白所特有的 DELLA 和 TVHYNP 兩個保守基序，該結(jié)構(gòu)在包括擬南芥、小麥和水稻等不同物種中高度保守(Ikeda et al., 2001; Peng et al., 1997; Peng et al., 1999)。N 端的DELLA 保守域含有 DELLA、TVHYNP 和 polyS/T/V 等基序，可以與 GA-GID1 復(fù)合體結(jié)合(Griffithset al., 2006b; Tian et al., 2004; Ueguchi-Tanaka et al., 2007; Willige et al., 2007)。C 端 GRAS 結(jié)構(gòu)域包括 2 個亮氨酸七肽重復(fù)序列 (LHRI 和 LHRII)和三個具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的保守基序 (VUIID、PFYRE 和 SAW)。

8圖 1.2 植物 DELLA 蛋白的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(Wild et al., 2012a; Yang et al., 2012)。Figure 1.2 The regulation network of DELLA protein in plants (Wild et al., 2012a; Yang et al., 2012).DELLA 蛋白在 GA 和 BRs(油菜素內(nèi)酯)相互調(diào)節(jié)作用中起到重要的作用。GA 和 BRs 之間的相互響應(yīng)已被證實屬于一種生物應(yīng)激反應(yīng)(De Vleesschauwer et al., 2012)。GA 和 BRs 之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)已經(jīng)在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行了剖析。到目前為止，在擬南芥中 DELLA 蛋白共發(fā)現(xiàn) 5 種（GAI, RGA,RGA-LIKE 1(RGL1), RGL2, and RGL3），BRASSINAZOLE RESISTANT1 (BZR1)轉(zhuǎn)錄因子可以促

平的調(diào)控、翻譯水平及翻譯后水平的調(diào)控組成。其中轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控在真核生物表達(dá)調(diào)控過程中最為重要。啟動子指結(jié)構(gòu)基因上游的 DNA 片段被 RNA 聚合酶特異性識別，啟動該模板 DNA 開始正常的轉(zhuǎn)錄。啟動子被人們一致認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄表達(dá)調(diào)控的中心，是一個基因轉(zhuǎn)錄的起始。3.1 基因上游調(diào)控序列結(jié)構(gòu)真核基因上游的調(diào)控模式(圖 1.3)一般認(rèn)為包括四個區(qū)域（調(diào)節(jié)啟動子，核心啟動子，位點(diǎn)控制區(qū)域，增強(qiáng)子），調(diào)控區(qū)域兩端各存在一個邊界元件和絕緣子（MAR）(Casey and Smale, 2000)。在基因上游區(qū)段是一段核心啟動子，RNA 聚合酶和相關(guān)的作用因子與該區(qū)段結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，促使轉(zhuǎn)錄的起始。DNA 結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)子、RNA 聚合酶等的共同作用下由雙鏈變成兩條單鏈，同時增強(qiáng)子與 RNA 聚合酶能保證轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的準(zhǔn)確起始從而開始基因的轉(zhuǎn)錄。在核心啟動子附近有增強(qiáng)子和調(diào)節(jié)啟動子兩種存在于啟動子區(qū)域的相關(guān)作用元件，控制著轉(zhuǎn)錄起始效率及轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度。在位點(diǎn)控制區(qū)域存在對基因特異性表達(dá)的重要調(diào)控元件，如染色質(zhì)的激活、基因的核定位、邊界結(jié)構(gòu)域形成等過程。另外，邊界元件和絕緣子能夠阻止增強(qiáng)子非特異性轉(zhuǎn)錄效率的干擾，確保目的基因的正確轉(zhuǎn)錄。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 趙寅槐,王書文,張愛民,周文春,王艷萍;Rht12矮稈基因在不育系繁殖中的應(yīng)用研究[J];麥類作物學(xué)報;2001年01期

本文編號：2775628