【摘要】：小麥(Triticum aestivum L.)是我國(guó)的三大主要糧食作物之一,在保障糧食安全中占有至關(guān)重要的作用。隨著社會(huì)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(yán)重影響著小麥生產(chǎn)。因此,挖掘利用抗逆相關(guān)基因資源,選育抗逆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥品種已成為提升逆境脅迫下小麥生產(chǎn)力的一種重要途徑。E3泛素連接酶具有調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育等功能,并參與植物逆境脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,與植物的抗逆性緊密相關(guān)。本研究以小麥品種旱選10號(hào)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(dá)分析、在非生物逆境脅迫條件下的表達(dá)模式分析以及體外泛素化實(shí)驗(yàn)分析明確了TaSDIR1基因的功能;開發(fā)基因的分子標(biāo)記,利用小麥DH群體進(jìn)行遺傳定位,利用小麥自然群體進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,了解基因單倍型與農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系,發(fā)掘優(yōu)異單倍型,為小麥育種提供基因資源和標(biāo)記。主要研究結(jié)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(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成;氨基酸序列一致性高達(dá)97.14%,包含2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和1個(gè)相對(duì)保守的RING型finger結(jié)構(gòu)域。2.TaSDIR1-A和TaSDIR1-D在小麥抽穗期各個(gè)組織中均有表達(dá),其中在旗葉中的表達(dá)量最高;TaSDIR1-A和TaSDIR1-D均響應(yīng)NaCl、ABA、PEG和4℃這4種非生物脅迫,表現(xiàn)出不同程度的上調(diào)表達(dá)趨勢(shì)。其中對(duì)PEG模擬的干旱脅迫響應(yīng)最強(qiáng),對(duì)NaCl、ABA和4℃的響應(yīng)相對(duì)較弱。3.體外泛素化實(shí)驗(yàn)分析證明TaSDIR1蛋白能結(jié)合泛素,具有E3泛素連接酶活性;RING結(jié)構(gòu)域受破壞的TaSDIR1~(H244Y)蛋白不能與泛素結(jié)合,失去E3連接酶活性,證明了完整的RING型結(jié)構(gòu)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(guó)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(jìn)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(biāo)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(zhǎng)3.2 kb。檢測(cè)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(gè)SNP(A/G)和1個(gè)2 bp的InDel(CC/--),根據(jù)這兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)的連鎖關(guān)系,開發(fā)dCAPS標(biāo)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(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示兩種單倍型分別與千粒重、株高、穗下節(jié)長(zhǎng)和倒二節(jié)長(zhǎng)顯著相關(guān),且Hap-4A-2為改良小麥農(nóng)藝性狀的優(yōu)異單倍型。6.TaSDIR1-D序列全長(zhǎng)4.07 kb,在全長(zhǎng)序列中共檢測(cè)到2個(gè)SNP,其中1個(gè)位于編碼區(qū)上游序列-583 bp(T/C),另1個(gè)位于編碼區(qū)603 bp(A/G),其中編碼區(qū)的SNP位點(diǎn)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(jù)這兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)的連鎖關(guān)系,開發(fā)dCAPS標(biāo)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(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示兩種單倍型分別與千粒重、倒二節(jié)長(zhǎng)和穗長(zhǎng)顯著相關(guān),且Hap-4D-2為改良小麥農(nóng)藝性狀的優(yōu)異單倍型。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S512.1
【圖文】：

白酶體途徑酶體途徑作為機(jī)體調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白水平與功能的一個(gè)化的蛋白并將其降解[45]。在泛素蛋白酶體途徑中，細(xì)多余的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解，并且同時(shí)會(huì)消耗一部分能量化酶 E1、泛素結(jié)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(zhì)包括泛素與蛋白底物的的降解兩個(gè)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(jié)合后與物；接著 E3 會(huì)特異性識(shí)別并結(jié)合一些被修飾過的蛋合物與目標(biāo)蛋白相連接，與此同時(shí)釋放 E2，形成特定白酶體對(duì)底物的降解階段，使泛素化的蛋白質(zhì)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(shù)路線小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食，在保障糧食安全中占有至關(guān)重要的作用，小麥的生長(zhǎng)發(fā)育、代謝過程及最終產(chǎn)量的形成與周圍環(huán)境有著密不可分的關(guān)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(duì)其研究較為困難，與之相關(guān)報(bào)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(jié)構(gòu)和序列多態(tài)性，通過染色體及遺傳定位分析、關(guān)聯(lián)分析、小麥抽穗期組織特異性表達(dá)分析、不同非生物脅迫條件下基因的表達(dá)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(biāo)記，發(fā)掘優(yōu)異單倍型，為小麥株型及產(chǎn)量改良提供理論依據(jù)和技術(shù)，同時(shí)也為抗逆育種提供基因資源。具體技術(shù)路線如圖 1.2 所示：

第三章 結(jié)果與分析第三章 結(jié)果與分析3.1 TaSDIR1 功能研究3.1.1 TaSDIR1 序列比對(duì)分析參照擬南芥同源基因 AtSDIR1 (At3g55530)的氨基酸序列，在 URGI 數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì)分析，在小麥 A 和 D 基因組中分別獲得一個(gè)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(gè)氨基酸序列，TaSDIR1-D 編碼 282 個(gè)氨基酸序列，通過 DNAMAN 軟件比對(duì)這兩個(gè)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(dá) 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(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和一個(gè)相對(duì)保守的 RING 結(jié)構(gòu)域(圖 3.1A)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799417