發(fā)布時間：2017-12-23 06:00

  本文關鍵詞：小麥抗寒相關基因克隆及分子標記開發(fā)　出處：《安徽農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 小麥 抗寒 基因 等位變異

【摘要】：低溫是限制小麥生長、發(fā)育以及分布的主要因素之一。寒害的發(fā)生經(jīng)常會導致小麥的嚴重減產(chǎn),且一旦發(fā)生難于防控,通常只能依靠品種自身的抗性。因此增強小麥的抗寒性已經(jīng)成為育種工作者的首要目標。植物的抗寒性是一個非常復雜的數(shù)量性狀,與冬春性相關聯(lián)又不完全緊密連鎖,盡管許多春化基因和抗寒位點被相繼報道,但真正能在分子育種生產(chǎn)實踐中被利用的卻很少。本研究擬克隆春化基因以外的抗寒相關基因,并根據(jù)序列間差異開發(fā)分子標記,發(fā)掘優(yōu)異等位變異。取得以下主要結(jié)論:1、以小麥Wcs19基因的cDNA序列為基礎,通過基因步移技術克隆了抗寒小麥品種安農(nóng)0822中Wcs19基因的5?端上游1310 bp序列,利用啟動子PLACE和PlantCARE在線分析軟件分析發(fā)現(xiàn)該基因的5?端上游調(diào)控區(qū)除了含有典型的具有轉(zhuǎn)錄起始功能的TATA-box、CAAT-box外,還含有2個Cor基因保守的CRT/DRE元件。將基因步移獲得的Wcs19基因5’上游序列與Wcs19基因編碼區(qū)進行拼接,共獲得一條長為1920 bp的序列,并將其定位在小麥的2B染色體上。比較不同抗寒性品種間Wcs19基因的編碼區(qū)和上游調(diào)控區(qū)序列,雖然品種之間存在部分SNP,但是這些SNP與25份小麥材料的抗寒性并無相關性。2、以小麥全基因組數(shù)據(jù)庫為基礎,分別克隆了Wcor15位于小麥A、B、D基因組上的Wcor15-2A,Wcor15-2B和Wcor15-2D基因。并將其定位在小麥的第2部分同源染色體上。蛋白序列的分析表明,WCOR15-2A、WCOR15-2B和WCOR15-2D都屬于能定位到葉綠體的LEA3蛋白家族。比較不同抗寒性品種間Wcor15-2A,Wcor15-2B和Wcor15-2D基因的序列發(fā)現(xiàn):三個基因在不同抗寒性的小麥品種中序列是高度保守的,且保守性Wcor15-2A=Wcor15-2DWcor15-2B。結(jié)合23個二倍體、10個四倍體和106個來自全國不同麥區(qū)的六倍體小麥材料,我們研究了保守基因Wcor15在小麥A、B、D基因組上的進化,結(jié)果表明T.urartu可能是四倍體和六倍體小麥Wcor15-2A位點的供體,依次Ae.speltoides可能是四倍體和六倍體小麥Wcor15-2B位點的供體。Ae.tauschii的一個亞種Ae.tauschii ssp.strangulata是六倍體小麥Wcor15-2D的供體。通過序列比對,我們也發(fā)現(xiàn)在小麥兩次異源多倍化的過程中,A和D基因組上的Wcor15基因很穩(wěn)定沒有發(fā)生變異,B基因組上的Wcor15基因在小麥的第一次異源多倍化的過程中就發(fā)生了變異。3、以小麥全基因組數(shù)據(jù)庫為基礎,克隆了Wcor14位于小麥A、B、D基因組上的Wcor14-2A、Wcor14-2B和Wcor14-2D基因,并將其定位在小麥的第2部分同源染色體上。生物信息學分析發(fā)現(xiàn)該基因的5?端上游調(diào)控區(qū)也含有Cor基因保守的CRT/DRE元件。在DNA水平,與Wcor14-2A和Wcor14-2D相比,Wcor14-2B基因在內(nèi)含子區(qū)多出了一段序列,三種序列間在DNA水平相似性83.6%,在氨基酸水平相似性:97.9%。不同抗寒性品種中Wcor14-2A和Wcor14-2D序列無差異,而Wcor14-2B在品種間存在15個多態(tài)性位點包括14個SNP和1個6 bp的插入缺失。這15個多態(tài)性位點把Wcor14-2B分成了2種等位變異:Hap14a(缺失型)和Hap14b。比較Hap14a和Hap14b的氨基酸序列發(fā)現(xiàn),發(fā)生在編碼區(qū)的多態(tài)性位點引起了不同單倍型間氨基酸序列的差異,包括2個氨基酸的插入和三個氨基酸的替換。依據(jù)第一個外顯子中6 bp的InDel,開發(fā)了一對分子標記14AF/14AR。該標記與幼苗習性(冬春性)和苗期的抗寒性均顯著相關,且基因型Hap14a是一種優(yōu)異的等位變異。4、以水稻BC1和玉米Bk2序列為參考,結(jié)合小麥全基因組數(shù)據(jù)庫,克隆了小麥TaCOBL在A、B、D基因組上的基因TaCOBL-5A、TaCOBL-5B和TaCOBL-5D,并將其定位在小麥的第5部分同源染色體上。通過對小麥全基因組數(shù)據(jù)庫的Blast,發(fā)現(xiàn)TaCOBL-5B在5BS上存在2個拷貝。TaCOBL-5A和TaCOBL-5D基因編碼449個氨基酸,TaCOBL-5B編碼450個氨基酸。聚類分析表明:小麥TaCOBL與水稻Bc1和玉米Bk2聚在一個分支上,它們氨基酸序列的同源性為84.6%,都含有COBRA蛋白家族保守的結(jié)構(gòu)域,因此推斷小麥的TaCOBL基因可能與水稻Bc1和玉米Bk2基因的功能相似,與纖維素的合成有關。不同抗寒性品種中TaCOBL-5A和TaCOBL-5D序列無差異,而TaCOBL-5B在品種間存在一個4 bp(TATA)的插入缺失。這個4 bp的InDel把TaCOBL-5B基因分成了2種等位變異:Hap5B-a和Hap5B-b(缺失型)。依據(jù)5’上游一個4 bp的InDel開發(fā)了一對分子標記5BF/5BR。該標記與幼苗習性(冬春性)無相關性,和苗期抗寒性顯著相關且基因型Hap5B-a是一種優(yōu)異的等位變異。
【學位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S512.1

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本文編號：1322682