八倍体小滨麦M842-1细胞遗传学研究及野生二粒小麦Iw3蜡质基因精细定位和分子机制探索

八倍体小滨麦M842-1细胞遗传学研究及野生二粒小麦Iw3蜡质基因精细定位和分子机制探索

作者:师大云端图书馆 时间:2015-10-29 分类:期刊论文 喜欢:2174
师大云端图书馆

【摘要】滨麦(Leymusmollis,2n=28,NsNsXmXm)是赖草属的一个异源四倍体野生种,具有大穗、多花、耐盐碱、抗干旱、抗条锈病和白粉病等多种优良农艺性状,是麦类作物重要的遗传种质资源之一。本研究采用细胞遗传学,基因组原位杂交(GISH)和种子贮藏蛋白电泳(SDS-PAGE和A-PAGE)技术对普通小麦品种7182和滨麦杂交后选育的八倍体小滨麦(OctoploidTritileymus)M842-1的染色体数目和结构进行了研究,并对其农艺性状进行了全面系统的评价。角质层蜡质是植物自我防御的最后一道屏障,可以抵御病菌的侵染,昆虫的咬噬,空气污染物的沉积,减低紫外线等射线的伤害,降低非气孔性蒸腾速率。当植物受到水分胁迫时,上表皮蜡质能够抑制从角质层蒸发的水分,对维持植物正常生长发育具有重要的意义。本研究对野生二粒小麦抑制穗部颖壳蜡质形成基因Iw3进行了遗传分析和相关机理研究。利用RSLs,F2和F3群体对Iw3基因进行了遗传分析和高精度连锁图谱构建。同时利用电子显微镜、气相色谱-质谱(GC-MS)、定量PCR(qPCR)技术对Iw3近等基因系上表皮蜡质结构进行了电子扫描、蜡质化学组分及蜡质合成相关基因表达水平进行了全面分析。并对近等基因系失水率和叶绿素析出率进行了测定。主要研究结果如下:1.普通小麦品种7182和滨麦的杂交后代经多代自交后,选育出八倍体小滨麦M842-1。细胞遗传学分析显示M842-1的染色体数目和结构为2n=56=28Ⅱ,细胞学稳定。以滨麦和华山新麦草基因组DNA为探针的GISH显示,M842-1均含有42条小麦染色体和14条外源染色体,而且这14条外源染色体能够正常配对形成7个二价体。根据滨麦(NsNsXmXm)和华山新麦草(NsNs)基因组结构表明,M842-1的基因组构成为AABBDDNsNs。种子贮藏蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示,滨麦Ns基因组特异麦谷蛋白和醇溶蛋白条带在M842-1中得到了表达,同时在β-醇溶蛋白区出现1条新带,表明滨麦Ns基因组染色体在小麦染色体背景中可能出现了重组和变异。2.M842-1农艺性状调查显示,滨麦Ns基因组染色体整体附加到小麦背景后,其种子大小与小麦亲本有所不同,主要表现为粒型较长,粒色较深,籽粒相对瘪瘦,但发育完全。M842-1多分蘖,高结实率,多花多籽粒,穗长超过滨麦和小麦亲本7182。叶片和茎秆表面覆盖有明显蜡粉。抗病性鉴定显示,M842-1成株期对我国目前流行的条锈病小种(CYR31、CYR32、CYR33、Su11-11和Su11-14)免疫,对白粉病菌(Blumeriagraminisf.sp.tritici)表现出高抗的特性。因此,八倍体小滨麦M842-1可作为小麦产量和抗病改良的供体资源。3.遗传学分析表明,由Iw3基因抑制小麦颖壳蜡质形成现象属于剂量增加型的不完全显性基因,位于1BS染色体末端。利用1BS染色体末端基因富集的优点,设计和开发出了5个与Iw3共分离的分子标记。然后构建F2和F3大规模分离群体,将Iw3基因定位于0.135cM间距内,两端的标记位点分别是Xpsp3000和XWL3096,其中距紧密连锁标记XWL3096的遗传距离为0.015cM。4.电子显微镜扫描蜡质结构显示,Iw3Iw3近等基因系的蜡质呈现点状分布,与iw3iw3密集的蜡质网状结构形成鲜明对比。GC-MS分析蜡质化学组分后发现,该基因是通过改变蜡质化学组分来抑制蜡质的形成。与野生型相比,Iw3抑制了β-diketone(β-双酮)的形成,降低了47%的伯醇含量,但是醛类物质和烷类物质分别增加了400倍和5倍,从而导致颖壳蜡质总量降低30%。蜡质总量的下降会增加角质层的渗透性,说明蜡质在干旱敏感时期起着重要的作用。通过分析53个蜡质基因的表达水平,检测到在Iw3基因作用下有9个基因在转录水平上发生了变化,其中Cer4家族基因Cer4-1表现为下调,另外5个Cer4基因和3个KCS同系物表现为上调。根据研究结果对Iw3基因参与介导调节的蜡质代谢通路进行了探索,为后续图位克隆该基因及小麦中蜡质合成相关β-diketone途径的机理研究奠定了理论基础。
【作者】王婧;
【导师】陈新宏;WanlongLi;
【作者基本信息】西北农林科技大学,种子工程,2014,博士
【关键词】八倍体小滨麦;细胞遗传学;野生二粒小麦;角质层蜡质;生物合成;

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