小麥穗型發(fā)育關(guān)鍵基因Q的分子遺傳調(diào)控機(jī)理研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-06 02:15
單位面積畝穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重是影響小麥產(chǎn)量的三個(gè)主要因素。小麥穗型直接影響小麥的產(chǎn)量,是一個(gè)小麥馴化和選擇育種中重要的農(nóng)藝性狀。因此,小麥穗型遺傳調(diào)控研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。在玉米和水稻中關(guān)于穗發(fā)育已經(jīng)有較深入的研究,但是關(guān)于小麥穗發(fā)育分子機(jī)理的研究還非常有限。Q基因是小麥穗部性狀馴化相關(guān)的重要基因,然而Q基因是如何調(diào)控小麥穗發(fā)育的分子機(jī)制還不清楚。本論文從小麥miR172基因?yàn)榍腥朦c(diǎn),深入研究Q基因的功能調(diào)控機(jī)制,探究小麥穗型形成的分子遺傳調(diào)控機(jī)理。通過基因預(yù)測(cè)及miRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)分析,從普通栽培小麥品種（Triticum aestivum）科農(nóng)199（KN199）中克隆tae-MIR172前體基因,融合玉米u(yù)biquitin啟動(dòng)子轉(zhuǎn)化KN199小麥,并獲得一系列穩(wěn)定轉(zhuǎn)基因小麥株系。轉(zhuǎn)基因小麥表型分析,表明tae-miR172過表達(dá)轉(zhuǎn)基因小麥表現(xiàn)出類似小麥q基因型的speltoid穗型。Real-time PCR分析結(jié)果表明:tae-miR172轉(zhuǎn)基因小麥中tae-miR172表達(dá)水平明顯升高,Q基因表達(dá)水平顯著降低。通過快速擴(kuò)增cDNA 5’末端的實(shí)驗(yàn)（5’RACE）和...
【文章來源】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
小麥穗、小穗及小花的結(jié)構(gòu)（Liuetal.,2018;Ciaffietal.,2011）
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 第一章 引言miRNA 介導(dǎo)的動(dòng)物翻譯抑制的機(jī)制包括翻譯起始復(fù)合物的解離，翻譯阻遏物的募集或 polyA 結(jié)合蛋白從mRNA 的置換（Iwakawa and Tomari, 2015）。動(dòng)物miRNA的這種活性需要支架蛋白GW182，這種蛋白在植物中還未被發(fā)現(xiàn)（Iwakawa and Tomari, 2015）。1.4.2 調(diào)控植物發(fā)育的 miRNA 研究進(jìn)展MicroRNAs 是基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)的核心參與者，并且參與植物中的許多生物過程，在植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控過程中發(fā)揮了重要的作用。miRNA 通過與靶基因序列特異性堿基配對(duì)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)（Wang et al., 2018; Bartel, 2009）。在植物中，內(nèi)源性 miRNA 在植物發(fā)育過程中的基因調(diào)控中起關(guān)鍵作用，相關(guān)的作用機(jī)制已經(jīng)有了比較清楚的研究。研究表明，不同的 miRNA 在植物生長(zhǎng)和發(fā)育的不同過程中發(fā)揮著不同的作用（圖 1.6），包括芽分生組織調(diào)控，葉片發(fā)育，花器官發(fā)育的轉(zhuǎn)變等（Xu et al, 2019; Sunkar et al., 2012; Chen, 2009）。據(jù)報(bào)道植物 miRNA 主要靶向編碼轉(zhuǎn)錄因子、激素受體和酶類的基因（Rhoades et al., 2002; Mitsuda and Ohme, 2009; Navarro et al.,2006）。研究報(bào)道 miRNA 在重要的生物過程和植物的性狀發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，可以被有效地用于作物的性狀改良（Mangrauthia et al.,2017; Tang and Chu, 2017）。
圖 3.2 KN199 的 1B 染色體和中國(guó)春 1A，1B 和 1D 的 tae-MIR172 前體的序列比對(duì)Figure3.2 Sequence alignment of tae-MIR172 precursors from 1B of KN199 and 1A, 1B and 1D of Chinese spring (CS)Kenong199 (KN199) 的 1B 染色體和中國(guó)春 1A，1B 和 1D 的染色體上 tae-MIR172 前體的序列比對(duì)。以黑色陰影框表示成熟的 tae-miR172 序列。3.2 普通小麥中 tae-miR172 功能分析3.2.1 過表達(dá) tae-miR172 導(dǎo)致普通小麥產(chǎn)生 Speltoid 穗型為了確定 tae-miR172 在普通小麥中的生物學(xué)功能，我們構(gòu)建了 Ubi 啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng) MIR172-1B前體的過表達(dá) tae-miR172b 質(zhì)粒 pUbi:tae-MIR172，并以普通小麥材料科農(nóng) 199（KN199）為受體進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究。在 T2代檢測(cè) tae-miR172b 過表達(dá)材料 miR172 的表達(dá)和表型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在四個(gè)不同的 pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植物中均檢測(cè)到 miR172 的表達(dá)與野生型（WT）KN199 相比上調(diào) 2 倍以上（圖 3.3b）。pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因小麥植株在抽穗后的植物形態(tài)表型，包括植株高度和分蘗，與野生型（WT）KN199 的大致相似（圖 3.3a）。然而，pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植株的穗型結(jié)構(gòu)與野生型（WT）KN199 相比差異較大，它們每穗的小穗數(shù)的有一定程度的減少并不是很顯著，但是在穗長(zhǎng)和小穗緊湊程度上差異較大。pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植株的穗型呈現(xiàn)出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]四種不同穗型小麥的穗部性狀分析[J]. 李莎莎,馮變娥,喬俊芳,范晉波,王旭輝,趙杰,張瑞,王愛萍,董琦,郝興宇. 激光生物學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]小麥穗部發(fā)育多效基因的遺傳分析與基因定位[J]. 宋全昊,劉路平,李法計(jì),田芳慧,孫道杰. 西北植物學(xué)報(bào). 2013(04)
[3]小麥的起源、進(jìn)化與中國(guó)小麥遺傳資源[J]. 曹亞萍. 小麥研究. 2008(03)
[4]人工合成小麥穗部特異性狀的遺傳分析[J]. 任嘵波,蘭秀錦,汪加麗. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(04)
[5]不同類型超級(jí)小麥品種小花分化及產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析[J]. 田紀(jì)春,王延訓(xùn),趙亮,杜立明. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué). 2005(01)
[6]黔西北山區(qū)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及高產(chǎn)育種途徑研究[J]. 唐映軍. 種子. 2003(01)
碩士論文
[1]小麥TaERF5基因多樣性與功能分析[D]. 劉盼.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2015
本文編號(hào)：2900527
【文章來源】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
小麥穗、小穗及小花的結(jié)構(gòu)（Liuetal.,2018;Ciaffietal.,2011）
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 第一章 引言miRNA 介導(dǎo)的動(dòng)物翻譯抑制的機(jī)制包括翻譯起始復(fù)合物的解離，翻譯阻遏物的募集或 polyA 結(jié)合蛋白從mRNA 的置換（Iwakawa and Tomari, 2015）。動(dòng)物miRNA的這種活性需要支架蛋白GW182，這種蛋白在植物中還未被發(fā)現(xiàn)（Iwakawa and Tomari, 2015）。1.4.2 調(diào)控植物發(fā)育的 miRNA 研究進(jìn)展MicroRNAs 是基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)的核心參與者，并且參與植物中的許多生物過程，在植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控過程中發(fā)揮了重要的作用。miRNA 通過與靶基因序列特異性堿基配對(duì)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)（Wang et al., 2018; Bartel, 2009）。在植物中，內(nèi)源性 miRNA 在植物發(fā)育過程中的基因調(diào)控中起關(guān)鍵作用，相關(guān)的作用機(jī)制已經(jīng)有了比較清楚的研究。研究表明，不同的 miRNA 在植物生長(zhǎng)和發(fā)育的不同過程中發(fā)揮著不同的作用（圖 1.6），包括芽分生組織調(diào)控，葉片發(fā)育，花器官發(fā)育的轉(zhuǎn)變等（Xu et al, 2019; Sunkar et al., 2012; Chen, 2009）。據(jù)報(bào)道植物 miRNA 主要靶向編碼轉(zhuǎn)錄因子、激素受體和酶類的基因（Rhoades et al., 2002; Mitsuda and Ohme, 2009; Navarro et al.,2006）。研究報(bào)道 miRNA 在重要的生物過程和植物的性狀發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，可以被有效地用于作物的性狀改良（Mangrauthia et al.,2017; Tang and Chu, 2017）。
圖 3.2 KN199 的 1B 染色體和中國(guó)春 1A，1B 和 1D 的 tae-MIR172 前體的序列比對(duì)Figure3.2 Sequence alignment of tae-MIR172 precursors from 1B of KN199 and 1A, 1B and 1D of Chinese spring (CS)Kenong199 (KN199) 的 1B 染色體和中國(guó)春 1A，1B 和 1D 的染色體上 tae-MIR172 前體的序列比對(duì)。以黑色陰影框表示成熟的 tae-miR172 序列。3.2 普通小麥中 tae-miR172 功能分析3.2.1 過表達(dá) tae-miR172 導(dǎo)致普通小麥產(chǎn)生 Speltoid 穗型為了確定 tae-miR172 在普通小麥中的生物學(xué)功能，我們構(gòu)建了 Ubi 啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng) MIR172-1B前體的過表達(dá) tae-miR172b 質(zhì)粒 pUbi:tae-MIR172，并以普通小麥材料科農(nóng) 199（KN199）為受體進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究。在 T2代檢測(cè) tae-miR172b 過表達(dá)材料 miR172 的表達(dá)和表型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在四個(gè)不同的 pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植物中均檢測(cè)到 miR172 的表達(dá)與野生型（WT）KN199 相比上調(diào) 2 倍以上（圖 3.3b）。pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因小麥植株在抽穗后的植物形態(tài)表型，包括植株高度和分蘗，與野生型（WT）KN199 的大致相似（圖 3.3a）。然而，pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植株的穗型結(jié)構(gòu)與野生型（WT）KN199 相比差異較大，它們每穗的小穗數(shù)的有一定程度的減少并不是很顯著，但是在穗長(zhǎng)和小穗緊湊程度上差異較大。pUbi:tae-MIR172 轉(zhuǎn)基因植株的穗型呈現(xiàn)出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]四種不同穗型小麥的穗部性狀分析[J]. 李莎莎,馮變娥,喬俊芳,范晉波,王旭輝,趙杰,張瑞,王愛萍,董琦,郝興宇. 激光生物學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]小麥穗部發(fā)育多效基因的遺傳分析與基因定位[J]. 宋全昊,劉路平,李法計(jì),田芳慧,孫道杰. 西北植物學(xué)報(bào). 2013(04)
[3]小麥的起源、進(jìn)化與中國(guó)小麥遺傳資源[J]. 曹亞萍. 小麥研究. 2008(03)
[4]人工合成小麥穗部特異性狀的遺傳分析[J]. 任嘵波,蘭秀錦,汪加麗. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(04)
[5]不同類型超級(jí)小麥品種小花分化及產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析[J]. 田紀(jì)春,王延訓(xùn),趙亮,杜立明. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué). 2005(01)
[6]黔西北山區(qū)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及高產(chǎn)育種途徑研究[J]. 唐映軍. 種子. 2003(01)
碩士論文
[1]小麥TaERF5基因多樣性與功能分析[D]. 劉盼.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2015
本文編號(hào)：2900527
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