發(fā)布時間：2020-08-21 13:08

【摘要】：小麥(Triticum aestivum L.)是我國的三大主要糧食作物之一,在保障糧食安全中占有至關重要的作用。隨著社會的飛速發(fā)展,全球氣候日漸變暖,干旱、高溫和鹽漬等非生物脅迫嚴重影響著小麥生產。因此,挖掘利用抗逆相關基因資源,選育抗逆高產穩(wěn)產小麥品種已成為提升逆境脅迫下小麥生產力的一種重要途徑。E3泛素連接酶具有調控植物生長發(fā)育等功能,并參與植物逆境脅迫信號轉導途徑,與植物的抗逆性緊密相關。本研究以小麥品種旱選10號為材料,克隆了E3泛素連接酶基因TaSDIR1(SALT-AND DROUGHT-INDUCED REALLY INTERESTING NEW GENE FINGER1),通過基因的組織表達分析、在非生物逆境脅迫條件下的表達模式分析以及體外泛素化實驗分析明確了TaSDIR1基因的功能;開發(fā)基因的分子標記,利用小麥DH群體進行遺傳定位,利用小麥自然群體進行關聯(lián)分析,了解基因單倍型與農藝性狀之間的關系,發(fā)掘優(yōu)異單倍型,為小麥育種提供基因資源和標記。主要研究結果如下:1.克隆了小麥A、D基因組中E3泛素連接酶基因TaSDIR1-A和TaSDIR1-D,由8個外顯子和7個內含子構成;氨基酸序列一致性高達97.14%,包含2個跨膜結構域和1個相對保守的RING型finger結構域。2.TaSDIR1-A和TaSDIR1-D在小麥抽穗期各個組織中均有表達,其中在旗葉中的表達量最高;TaSDIR1-A和TaSDIR1-D均響應NaCl、ABA、PEG和4℃這4種非生物脅迫,表現(xiàn)出不同程度的上調表達趨勢。其中對PEG模擬的干旱脅迫響應最強,對NaCl、ABA和4℃的響應相對較弱。3.體外泛素化實驗分析證明TaSDIR1蛋白能結合泛素,具有E3泛素連接酶活性;RING結構域受破壞的TaSDIR1~(H244Y)蛋白不能與泛素結合,失去E3連接酶活性,證明了完整的RING型結構域是TaSDIR1蛋白E3泛素連接酶活性的重要保證。4.利用小麥A、B、D基因組供體種的不同倍性材料以及一套由中國春為背景的缺四體材料將TaSDIR1-A和TaSDIR1-D分別定位在小麥染色體4A和4D上。進一步利用小麥DH群體的150份材料將TaSDIR1-A定位在小麥染色體4A的標記AX-111451343和Xwmc89之間,遺傳距離分別為1.60 cM和2.31cM。5.TaSDIR1-A序列全長3.2 kb。檢測32份多態(tài)性較高的六倍體小麥材料的DNA序列,在非編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)1個SNP(A/G)和1個2 bp的InDel(CC/--),根據這兩個多態(tài)性位點的連鎖關系,開發(fā)dCAPS標記SNP-397,掃描小麥自然群體材料的基因型,將其分為Hap-4A-1和Hap-4A-2兩種單倍型,關聯(lián)分析結果顯示兩種單倍型分別與千粒重、株高、穗下節(jié)長和倒二節(jié)長顯著相關,且Hap-4A-2為改良小麥農藝性狀的優(yōu)異單倍型。6.TaSDIR1-D序列全長4.07 kb,在全長序列中共檢測到2個SNP,其中1個位于編碼區(qū)上游序列-583 bp(T/C),另1個位于編碼區(qū)603 bp(A/G),其中編碼區(qū)的SNP位點位于第4外顯子上,為非同義突變,造成氨基酸的改變,使精氨酸(CGC)改變成組氨酸(CAC)。根據這兩個多態(tài)性位點的連鎖關系,開發(fā)dCAPS標記SNP-583,掃描小麥自然群體材料的基因型,將其分為兩種單倍型Hap-4D-1和Hap-4D-2,關聯(lián)分析結果顯示兩種單倍型分別與千粒重、倒二節(jié)長和穗長顯著相關,且Hap-4D-2為改良小麥農藝性狀的優(yōu)異單倍型。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1
【圖文】：

白酶體途徑酶體途徑作為機體調節(jié)細胞內蛋白水平與功能的一個化的蛋白并將其降解[45]。在泛素蛋白酶體途徑中，細多余的蛋白質進行降解，并且同時會消耗一部分能量化酶 E1、泛素結合酶 E2、泛素連接酶 E3、蛋白酶泛素蛋白酶體途徑降解蛋白質包括泛素與蛋白底物的的降解兩個階段[47]。首先泛素活化酶 E1 通過消耗 A物，也就是泛素的活化；活化的泛素與 E2 結合后與物；接著 E3 會特異性識別并結合一些被修飾過的蛋合物與目標蛋白相連接，與此同時釋放 E2，形成特定白酶體對底物的降解階段，使泛素化的蛋白質被 26S或氨基酸[48](圖 1.1)。

第一章 引言1.4 本研究的目的意義及技術路線小麥是我國的主要糧食，在保障糧食安全中占有至關重要的作用，小麥的生長發(fā)育、代謝過程及最終產量的形成與周圍環(huán)境有著密不可分的關系。迄今為止，RING 型 E3 泛素連接酶在擬南芥[76]、玉米[77,78]和水稻[79,80]中已有比較深入的研究，而小麥基因組龐大[81,82]，對其研究較為困難，與之相關報道較少。本研究通過克隆小麥的 E3 泛素連接酶基因 TaSDIR1，分析基因結構和序列多態(tài)性，通過染色體及遺傳定位分析、關聯(lián)分析、小麥抽穗期組織特異性表達分析、不同非生物脅迫條件下基因的表達模式分析，以及體外泛素化分析等方法研究該基因的功能，開發(fā)分子標記，發(fā)掘優(yōu)異單倍型，為小麥株型及產量改良提供理論依據和技術，同時也為抗逆育種提供基因資源。具體技術路線如圖 1.2 所示：

第三章 結果與分析第三章 結果與分析3.1 TaSDIR1 功能研究3.1.1 TaSDIR1 序列比對分析參照擬南芥同源基因 AtSDIR1 (At3g55530)的氨基酸序列，在 URGI 數(shù)據庫中進行比對分析，在小麥 A 和 D 基因組中分別獲得一個與其同源性較高的基因序列，分別命名為 TaSDIR1-A 和 TaSDIR1-D。TaSDIR1-A 編碼 280 個氨基酸序列，TaSDIR1-D 編碼 282 個氨基酸序列，通過 DNAMAN 軟件比對這兩個同源基因的氨基酸序列，TaSDIR1-A 和 TaSDIR1-D 編碼的氨基酸序列一致性高達 97.14%。與擬南芥、水稻、玉米和煙草等其他物種相比，都具有兩個跨膜結構域和一個相對保守的 RING 結構域(圖 3.1A)。

【參考文獻】

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本文編號：2799417