小麥(Triticum aestivum L.)是世界最主要糧食作物之一。隨著氣候變化,各種自然災(zāi)害頻發(fā),嚴(yán)重制約了小麥生產(chǎn)。為確保糧食安全,迫切需要培育抗逆、穩(wěn)產(chǎn)、廣適的小麥新品種,而挖掘利用小麥自身優(yōu)異遺傳資源是解決這一問題的最經(jīng)濟(jì)有效途徑。實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)TaNAC67參與對(duì)多種逆境脅迫的應(yīng)答,其過量表達(dá)能增強(qiáng)擬南芥的抗逆性。為進(jìn)一步揭示其增強(qiáng)植物抗逆性的分子機(jī)制,明確其在調(diào)控農(nóng)藝性狀發(fā)育方面的作用,本研究以普通小麥旱選10號(hào)為材料,克隆目標(biāo)基因,通過啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件分析、表達(dá)模式分析、轉(zhuǎn)基因水稻功能分析、轉(zhuǎn)錄組分析、蛋白互作分析、基因序列多態(tài)性分析、功能標(biāo)記開發(fā)、關(guān)聯(lián)分析等,明確了TaNAC67-6A、-6B、-6D在不同逆境脅迫下的表達(dá)模式,初步揭示了其增強(qiáng)抗逆性的分子機(jī)理,明確了TaNAC67在調(diào)控穗長和單穗小穗數(shù)發(fā)育方面的作用,開發(fā)了功能標(biāo)記,確定了TaNAC67-6D的優(yōu)異單倍型。主要研究結(jié)果如下:(1)以普通小麥旱選10號(hào)為材料,克隆了小麥TaNAC67-6A、-6B、-6D的基因組序列,發(fā)現(xiàn)TaNAC67只有1個(gè)外顯子,無內(nèi)含子。啟動(dòng)子順式作用元件分析發(fā)現(xiàn)3個(gè)基因啟動(dòng)子區(qū)存在多個(gè)逆境應(yīng)答順式作用元件,但不同基因啟動(dòng)子順式作用元件的數(shù)量和分布存在較大差異。(2)基因表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn),TaNAC67不同基因組成員在不同脅迫條件下、不同組織中的表達(dá)模式存在較大差異。TaNAC67-6A、-6B、-6D在高鹽、高滲、外源ABA、低溫處理?xiàng)l件下均上調(diào)表達(dá),但高溫抑制表達(dá)。3個(gè)基因?qū)δ婢趁{迫的敏感度為:低溫ABA高鹽高滲高溫。在不同脅迫條件下,TaNAC67-6B和-6D的表達(dá)均顯著高于-6A;相同脅迫條件下,同一基因在葉中的表達(dá)顯著高于根中的表達(dá)。(3)轉(zhuǎn)基因表型分析發(fā)現(xiàn),TaNAC67過表達(dá)株系的主穗穗長、穗粒數(shù)、主穗一級(jí)分枝和次級(jí)分枝、秕粒數(shù)、有效穗數(shù)、粒長和粒寬均顯著高于WT,而株高顯著低于野生型WT。(4)轉(zhuǎn)基因表型分析發(fā)現(xiàn),干旱脅迫條件下,TaNAC67過表達(dá)株系的存活率約為25~40%,野生型對(duì)照不足10%,因此轉(zhuǎn)水稻的抗旱性顯著增強(qiáng)。鹽脅迫條件下,轉(zhuǎn)基因水稻的多種生理性狀得到了顯著改善,如細(xì)胞膜穩(wěn)定性、SPAD值顯著高于野生型,而滲透勢(shì)、Na~+含量顯著低于野生型,表明TaNAC67提高了水稻的耐鹽性。(5)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn),PEG和NaCl處理?xiàng)l件下共檢測(cè)到72和55個(gè)差異表達(dá)基因,其中上調(diào)表達(dá)基因分別為54、17個(gè),下調(diào)表達(dá)基因各有18、38個(gè)。上調(diào)差異表達(dá)基因主要來自旱脅迫,鹽脅迫的上調(diào)差異表達(dá)基因相對(duì)較少。qRT-PCR檢測(cè)結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果吻合。干旱脅迫條件下,轉(zhuǎn)基因植株中參與谷胱甘肽代謝、糖代謝和氮代謝的基因表達(dá)呈上調(diào)趨勢(shì)。(6)DNA序列多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn),TaNAC67-6A啟動(dòng)子區(qū)存在一個(gè)SNP和一個(gè)126bp的InDel;TaNAC67-6B啟動(dòng)子區(qū)存在2個(gè)SNP,而TaNAC67-6D在啟動(dòng)子區(qū)和編碼區(qū)各有1個(gè)SNP。根據(jù)SNP位點(diǎn)分別開發(fā)功能標(biāo)記SNP-A-1、SNP-A-2、SNP-B-1、SNP-B-2、SNP-D-1和SNP-D-2。(7)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,TaNAC67-6A、-6B的4功能標(biāo)記與所檢測(cè)農(nóng)藝性狀無顯著關(guān)聯(lián),而TaNAC67-6D的2個(gè)功能標(biāo)記SNP-D-1和SNP-D-2分別與穗長和每穗小穗數(shù)顯著關(guān)聯(lián)。自然群體中,TaNAC67-6D存在3種主要單倍型,其中Hap-6D-3是增加穗長和每穗小穗數(shù)的優(yōu)異單倍型,該單倍型在我國小麥育種中受到了正向選擇。
【學(xué)位單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S512.1
【部分圖文】：

圖1-3 NAC轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)非生物脅迫的途徑[41]. 1-3 Pathways for NAC transcription factors involved in response to abiotic 芥 ANAC019 參與調(diào)控干旱應(yīng)答基因的表達(dá)，其過表達(dá)能增強(qiáng)植物的調(diào)控花發(fā)育基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)植物開花[42]。ANAC096 是在 ABA 依激活作用，其過表達(dá)能增強(qiáng)植物的抗旱性[43]。ANAC069 能夠抑制基因表達(dá)，從而削弱植物清除 ROS 的能力，抑制脯氨酸的生物72 和 StNAC101 是擬南芥脫水應(yīng)答基因 RD26 的同源基因，強(qiáng)烈響應(yīng)5]。中過表達(dá)SNAC2顯著提高轉(zhuǎn)基因水稻的耐冷性、耐旱性和耐鹽性[5]對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答和 ABA 依賴的抗逆反應(yīng)[46]；過表達(dá) OsNAC2程序性死亡[47]。OsNAC5 能增加植物根系數(shù)量和根直徑等根系結(jié)構(gòu)耐旱性[48]。OsNAC9 參與調(diào)控植物細(xì)胞發(fā)育、形態(tài)和根系構(gòu)型，其的抗旱性，提高產(chǎn)量[49, 50]。OsNAC10 主要在根和圓錐花序中表達(dá)
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1 張宏娟;小麥TaNAC67基因抗逆分子機(jī)理及優(yōu)異單倍型發(fā)掘[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2846810