小麦品种抗旱性与深根性的关系及TaSABP2基因的克隆与表达分析

作     者：李梦达 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺德先;牛洪斌

授予年度：2017年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：冬小麦 抗旱性 深根性 根系生理活性 籽粒产量 抗逆基因 TaSABP2 基因克隆 表达分析 

摘      要：为明确小麦品种抗旱能力与生理特性的关系、挖掘利用小麦抗逆基因TaSABP2,以不同抗旱类型品种洛旱6号(抗旱性强)、洛旱8号(抗旱性强)、西农979(抗旱性中等)、矮抗58(抗旱性中等)、郑麦366(抗旱性弱)、郑麦9023(抗旱性弱)为试验材料,采用根室柱栽试验和大田栽培试验,探索小麦根系纵深生长与品种抗旱能力的关系、不同水分处理下小麦品种的籽粒产量及生理特性,并结合分子生物学技术,克隆与抗旱性有关的小麦抗逆基因TaSABP2,对其进行序列特征分析和实时定量表达检测。结果表明:(1)柱栽条件下小麦根深在挑旗期达最大值,越冬至挑旗期间根系生长速度快。挑旗期和抽穗期不同抗旱类型品种间的根深差异达显著水平,其中抗旱性强的品种最大根深较深;与抗旱性弱的品种相比,抗旱性强的品种总根干重和深层根干重小,根系生理活性强。籽粒灌浆期表现为抗旱性越强,深层根系生理活性越强。(2)大田条件下抗旱性强的品种干旱减产率较低,抗旱系数较大,而抗旱性弱的品种干旱减产率较高,抗旱系数较小。生育前期干旱的年份处理间的产量水平差异主要是由成穗数的不同引起的,生育后期干旱的年份处理间的产量水平差异主要是由千粒重的不同导致的。不同品种的产量构成因素、籽粒湿面筋含量、株高、单株分蘖数、单株次生根数等指标的高低及干旱条件下的变化值(或变化百分比)由品种自身特性决定,与品种抗旱性的强弱没有明显的相关关系。同一取样时间、同一水分处理抗旱性强的品种根系生理活性高于抗旱性弱的品种。(3)克隆到小麦TaSABP2基因,TaSABP2基因的cDNA全长878 bp,开放阅读框807 bp。编码268个氨基酸,分子量约为29.6 kD,等电点5.91,属于酸性蛋白,原子总数为4165个,分子式为CHNOS。BLASTX比对表明TaSABP2基因核苷酸及其氨基酸序列与短柄草(XP03567195)核苷酸及其氨基酸序列的相似性最高。TaSABP2基因编码蛋白包含Abhydrolase及PLN02211两个结构域及酶活性中心序列(VVLVGHSLGG),属于Abhydrolase超家族。TaSABP2基因编码蛋白可能定位于叶绿体及细胞质上,属可溶性蛋白。此外,TaSABP2基因编码蛋白有12个丝氨酸、5个苏氨酸、3个酪氨酸可能被磷酸化。无规则卷曲是其蛋白二级结构中最大量的结构元件,α-螺旋、β转角和延伸链分散于整个蛋白质中。TaSABP2基因氨基酸序列同其他9种植物的氨基酸序列进行多重序列比较,发现功能区域的氨基酸序列较为保守。TaSABP2基因编码蛋白三级结构以α-螺旋和无规卷曲为主要结构元件,β转角和延伸链较少。TaSABP2基因的各组织表达量强弱顺序为花药雌蕊穗节颖壳根叶茎;植物激素ABA、BR处理及干旱、盐胁迫处理,均能诱导该基因的表达量迅速增加。上述结果表明,抗旱性强的小麦品种未必具有较大的根干重或深层根干重,但根系下扎深且具有较强的深层根根系生理活性,尤其是生育后期的生理活性。产量构成因素、籽粒湿面筋含量、株高、单株分蘖数、单株次生根数等指标的高低及干旱条件下的变化值(或变化百分比)由品种自身特性决定,与品种抗旱性的强弱没有明显的相关关系。成功克隆的小麦TaSABP2基因对小麦的抗逆性有一定作用,为提高其抗旱性提供了理论基础。