本文關鍵詞：小麥TaGASR7部分同源基因表達調控及其功能初步研究

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【摘要】：在禾谷類作物中,籽粒的表型性狀如粒長、粒寬和粒厚等往往對作物產量產生重要影響。雖然目前在水稻中鑒定了一批影響粒長、粒寬和粒厚的基因,但在小麥中只有影響粒長的Ta GASR7和影響粒寬的Ta GW2基因通過同源克隆的方法進行了研究。普通小麥是典型的異源六倍體,包含A、B、D三個基因組。盡管有文獻報道Ta GASR7-A1可能是影響小麥粒長的因素之一,然而對其生物學功能的進一步探討,特別是Ta GASR7三個部分同源基因在籽粒發(fā)育不同時期以及小麥多倍化過程中表達調控機制與功能的異同,尚未見任何報道。本研究在前期已經獲得Ta GASR7基因的編碼序列、染色體定位信息、受赤霉素誘導等信息的基礎上,進一步通過BAC文庫篩選,獲得了Ta GASR7三個部分同源基因的啟動子序列,分析了順式元件和轉座子等多倍化過程中主要調控位點的遺傳與表觀遺傳修飾特點;探索了基于病毒的沉默和過表達Ta GASR7的三個部分同源基因對包括粒長在內的小麥表型性狀的影響。主要結果如下:1.來自B基因組的GASR7B基因在合成小麥中主導GASR7基因的表達。GASR7B基因的主導作用主要表現(xiàn)在以下三個方面:1)在籽粒發(fā)育的早期,GASR7B基因表現(xiàn)為持續(xù)高表達;2)GASR7B基因對赤霉素誘導響應最強烈,這可能與其啟動子上分布的GA響應元件較多相關聯(lián);3)GASR7B在新合成異源六倍體小麥中仍然保持高表達,而GASR7A和GASR7D在成為六倍體小麥的部分同源基因之后表達受到顯著抑制。2.小麥多倍化過程中GASR7A/D受到表觀遺傳調控。六倍體化之后GASR7D啟動子的DNA甲基化程度升高,表明小麥多倍化過程中GASR7D受到表觀遺傳調控。GASR7A啟動子上重復序列的插入以及其上24-nt si RNAs的分布,暗示GASR7A在多倍化過程中很有可能受到了RNA依賴的DNA甲基化調控。3.在小麥中成功建立了基于病毒的沉默和過表達靶基因的技術體系,實現(xiàn)了通過侵染抽穗期旗葉影響穗部靶基因表達。4.小麥多倍化過程中Ta GASR7A/D表達受到抑制可能與其功能分化相關。利用病毒侵染小麥抽穗期的旗葉,在穗部實現(xiàn)分別瞬時過表達Ta GASR7A/B/D。瞬時過表達Ta GASR7A影響了被侵染植株穗部葉綠素合成,使植株穗部失綠;瞬時過表達Ta GASR7D影響了被侵染植株結實率;而瞬時過表達Ta GASR7B卻沒有觀察到明顯表型變化,表明Ta GASR7A/B/D的生物學功能可能存在某種差異。GASR7A和GASR7D在成為六倍體小麥的部分同源基因之后表達受到顯著抑制,推測在多倍化過程中抑制Ta GASR7A/D基因的表達可能對多倍體生長優(yōu)勢和育性提高是有益的。5.Ta GASR7A/B/D表達下調對小麥粒長性狀的影響。在不區(qū)分A、B、D的前提下,下調Ta GASR7可能對粒長和千粒重造成了一定程度的影響,但上述結果需要進一步確認。綜上所述,我們一方面揭示了Ta GASR7的三個部分同源基因在小麥籽粒發(fā)育和多倍化過程中表達調控機制的異同;另一方面初步探索了Ta GASR7的三個部分同源基因功能的異同,為Ta GASR7基因的實際應用提供了一定的理論依據。
【關鍵詞】：小麥 粒長 VIGS 部分同源基因
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S512.1;Q943.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 英文縮略表11-12
• 第一章 引言12-27
• 1.1 新合成異源六倍體小麥材料的理論及育種價值12-13
• 1.2 禾谷類作物籽粒性狀決定基因研究進展13-15
• 1.2.1 水稻籽粒性狀決定基因13-14
• 1.2.2 小麥籽粒性狀決定基因14-15
• 1.3 小麥基因組研究最新進展及其應用15-18
• 1.3.1 小麥A基因組序列草圖公布15-16
• 1.3.2 小麥D基因組序列草圖公布16
• 1.3.3 六倍體小麥中國春 5x序列草圖公布16
• 1.3.4 基于染色體的六倍體小麥中國春序列草圖公布16
• 1.3.5 小麥及其供體種A和D基因組序列草圖的應用16-18
• 1.4 異源六倍體小麥三個部分同源基因的表達調控研究進展18-20
• 1.4.1 小麥E類MADS box基因的三個部分同源基因表達調控18-19
• 1.4.2 小麥重要馴化基因Q的三個部分同源基因表達調控19
• 1.4.3 小麥擴張蛋白基因的三個部分同源基因表達調控19
• 1.4.4 DNA甲基化與小麥部分同源基因表達調控19-20
• 1.5 單子葉植物病毒誘導的基因沉默研究進展20-25
• 1.5.1 用于沉默單子葉植物目標基因的病毒系統(tǒng)21-23
• 1.5.2 通過現(xiàn)有的VIGS載體研究單子葉植物基因的功能23
• 1.5.3 VIGS--用于沉默小麥根，葉以及減數分裂組織中表達的基因23-24
• 1.5.4 VIGS--小麥穗和籽粒中的應用以及在高分子量麥谷蛋白亞基編碼基因功能分析中的應用24
• 1.5.5 VIGS--依賴于病毒的miRNA表達在植物基因功能分析中的應用24
• 1.5.6 VOX--依賴于病毒的基因過表達在植物基因功能分析中的應用24-25
• 1.5.7 VIGS--在基因組編輯技術CRISPR/Cas9系統(tǒng)中的應用25
• 1.6 本研究的意義，，內容與技術路線25-27
• 1.6.1 本研究的意義和內容25-26
• 1.6.2 技術路線26-27
• 第二章 TAGASR7三個部分同源基因的表達調控機制研究27-42
• 2.1 實驗材料27-28
• 2.1.1 植物材料27
• 2.1.2 實驗中的各種試劑、酶與耗材27
• 2.1.3 引物27-28
• 2.2 實驗方法28-32
• 2.2.1 小麥幼嫩籽粒DNA提取28
• 2.2.2 小麥幼嫩籽�？俁NA提�。ㄌ旄萍加邢薰驹噭┖校�28-29
• 2.2.3 cDNA第一鏈的合成29
• 2.2.4 Real-time PCR29
• 2.2.5 中國春小麥BAC文庫篩選29-30
• 2.2.6 TaGASR7A/B/D啟動子序列克隆30-31
• 2.2.7 TaGASR7B啟動子瞬時表達檢測31-32
• 2.3 實驗結果與分析32-41
• 2.3.1 TaGASR7三個部分同源基因特異引物的獲得32-33
• 2.3.2 TaGASR7三個部分同源基因在未成熟種子中的差異表達33-34
• 2.3.3 來自B基因組的GASR7B基因在合成小麥中主導GASR7基因的表達 . 2334-37
• 2.3.4 小麥多倍化過程中GASR7三個部分同源基因的表觀遺傳調控的可能性 . 262.3.5 TaGASR7B基因啟動子在愈傷組織和未成熟籽粒中的瞬時表達37-40
• 2.3.5 Ta GASR7B 基因啟動子在愈傷組織和未成熟籽粒中的瞬時表達40-41
• 2.4 討論41-42
• 第三章 探索利用病毒誘導基因沉默方法研究TAGASR7A/B/D三個部分同源基因的功能42-53
• 3.1 實驗材料42-43
• 3.1.1 植物材料42
• 3.1.2 病毒誘導基因沉默方法所用載體42
• 3.1.3 實驗中的各種試劑、酶與耗材42
• 3.1.4 引物42-43
• 3.2 實驗方法43-47
• 3.2.1 BSMV-VOX引物設計43
• 3.2.2 BSMV-VIGS引物設計43-44
• 3.2.3 VIGS片段克隆44-47
• 3.3 實驗結果與分析47-52
• 3.3.1 小麥穗部BSMV-VIGS技術體系的建立47-48
• 3.3.2 抽穗期接種病毒可能不影響結實率48
• 3.3.3 接種BSMV:TaGASR7D (VOX)對小麥結實率的影響48-49
• 3.3.4 接種BSMV:TaGASR7A (VOX)對小麥穗部葉綠素含量影響的初步觀察49-50
• 3.3.5 BSMV-VIGS植株的粒長性狀初步觀察50-52
• 3.4 討論52-53
• 第四章 全文結論53-54
• 參考文獻54-61
• 附錄61-63
• 致謝63-64
• 作者簡歷64

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1 張冬冬;小麥TaGASR7部分同源基因表達調控及其功能初步研究[D];中國農業(yè)科學院;2015年

本文編號：966261