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分子植物育种 2016年第6期14卷 1341-1351页

作者：张耀元路阳张彬禾璐刘龙龙王兴春李红英韩渊怀山西农业大学农学院太谷030801 农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室太原030031 杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室太谷030801 山西农业大学农业生物工程研究所太谷030801

谷子是中国北方重要杂粮作物,米色是评价谷子品质的重要指标,目前关于谷子米色的形成机制仍不明确。本研究选用米色分别为深黄、浅黄、白色和绿色的谷子品种各2个,对这8个谷子品种进行了总类胡萝卜素含量、β-胡萝卜素含量与米色差异间... 详细信息

谷子是中国北方重要杂粮作物,米色是评价谷子品质的重要指标,目前关于谷子米色的形成机制仍不明确。本研究选用米色分别为深黄、浅黄、白色和绿色的谷子品种各2个,对这8个谷子品种进行了总类胡萝卜素含量、β-胡萝卜素含量与米色差异间关系的分析,以及分子水平4个β-胡萝卜素代谢相关基因在籽粒不同灌浆阶段的表达模式分析,结果表明:CCI指数作为米色测定的综合指标,可对不同品种米色差异进行鉴定,且分别与总类胡萝卜素、β-胡萝卜素含量呈显著与极显著正相关。通过对8个品种silcyb基因组DNA克隆发现,只有深黄品种JG21中出现序列变异,有两个SNP位点,且第二处单核苷酸变异使相应氨基酸由谷氨酰胺变为精氨酸。silcyb表达不具有组织特异性,在叶中表达最高,茎中最低。通过对籽粒不同灌浆阶段β-胡萝卜素合成基因silcyb与另外3个β-胡萝卜素代谢相关基因(silcybLCYE,SiHYD,SiCCD1)的表达分析发现:silcyb在大多数品种中表达基本恒定,且与β-胡萝卜素积累没有表现出显著相关性;而SiLCYE在不同品种中普遍呈现出与silcyb同增同减的表达模式,但表达水平低于silcyb;同时发现2个降解相关基因(SiHYD,SiCCD1)的表达与β-胡萝卜素积累在灌浆特定阶段表现出了显著或极显著负相关。因此,推测silcyb与降解基因SiHYD和SiCCD1共同作用,通过影响β-胡萝卜素和总类胡萝卜素在籽粒中的积累,进而影响米色的形成。

关键词： β-胡萝卜素米色 silcyb 籽粒灌浆表达模式

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谷子silcyb基因的克隆及其与米色形成关系的研究

谷子SiLCYB基因的克隆及其与米色形成关系的研究

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作者：路阳山西农业大学

学位级别：硕士

谷子为禾本科粮食作物,其品种资源丰富。由于其基因组小,且具有C4光合特性,抗旱等优势,使得其占据重要的研究地位。谷子脱壳后的小米富含营养物质,如纤维素、类胡萝卜素等,一些类胡萝卜素如β-胡萝卜素是维生素A合成的前体,缺少这种维... 详细信息

谷子为禾本科粮食作物,其品种资源丰富。由于其基因组小,且具有C4光合特性,抗旱等优势,使得其占据重要的研究地位。谷子脱壳后的小米富含营养物质,如纤维素、类胡萝卜素等,一些类胡萝卜素如β-胡萝卜素是维生素A合成的前体,缺少这种维生素就有可能导致眼病或失明。类胡萝卜素是人类膳食结构中不可缺少的营养成分。消费者多偏向选择一些颜色较黄的小米,小米为黄色是因为其富含黄色素,而其黄色素的主要成分为类胡萝卜素。小米存在多种颜色差异,就目前种质资源库中米色就有深黄、浅黄、白色、绿色的颜色差异,这为优良品质的选育和研究提供了宝贵的材料基础。本试验以4个颜色不同的小米各2个品种为研究对象,分析了总类胡萝卜素含量及β-胡萝卜素含量与不同米色差异之间的关系;并分别对不同品种中编码催化合成β-番茄红素环化酶(LCYB)的silcyb进行了基因全长的克隆及序列比对分析;对silcyb在不同组织部位中的表达模式及其在8个谷子品种中灌浆期的5个不同阶段(灌浆前期,灌浆中期,灌浆后期,灌浆末期及成熟期)的表达模式进行了分析;同时分析了米色形成过程中与β-胡萝卜素生物合成及分解代谢相关基因(SiLCYE、SiCCD1、SiHYD)的表达模式,进而从分子水平进一步探讨了β-胡萝卜素与不同米色形成之间的关系,为今后高类胡萝卜素含量谷子品种的选育奠定了理论基础。主要结果如下：1、利用X-Rite (American)VS450色差仪对成熟收获后的8个谷子品种小米进行色差分析,通过橘色系数CCI指标将直观结果量化后得出：8个品种中,最高的是深黄色“晋谷21”,CCI指数为4.082,最低的是白色“支生谷”,CCI指数为2.717。色差仪分析结果与直观选择一致。2、结合分光光度计法和高效液相色谱法(HPLC)对8个谷子品种小米成熟期的总类胡萝卜素和β-胡萝卜素含量进行测定分析得出：8个品种中,无论是总类胡萝卜素含量还是β-类胡萝卜素含量,最高的均为深黄色“晋谷21”,分别为25.946μg/g,2.579μg/g;最低的都为白色“牛毛白”,分别为1.445 μg/g,0.0133μg/g。3、分别从基因组上对8个谷子品种silcyb基因进行全长克隆,并对其进行序列比对,结果显示：8个谷子品种中,相较基因组参考序列“豫谷1号”和其他品种,“晋谷21”的silcyb基因共出现两处碱基差异,一处位于CDS区第234bp处,G被C代替,另一处位于3’末端1466bp处,A突变为G;蛋白质序列则出现1处氨基酸差异,为精氨酸(R)代替了谷氨酰胺(Q),对应3’末端的碱基差异。4、以“晋谷21”为试验材料,利用实时荧光定量PCR技术(简称RT-qPCR)对silcyb在其灌浆前期根、茎、叶、穗不同组织中的表达模式进行分析,结果表明：silcyb基因在这四种组织中都有表达,无组织特异性,且在叶中表达量最高,根中最少。5、收集8个不同谷子品种灌浆的5个不同阶段谷粒,并分别提取RNA,利用RT-qPCR,对silcyb及与p-胡萝卜素代谢相关基因SiLCYE、SiCCD1、SiHYD进行表达模式分析,结果显示：S2时期绿色“露米青谷" silcyb表达量约为最低表达量绿色“大青谷”的5倍;S5时期浅黄色“公穗4号”silcyb/SiLCYE约为最小的“晋谷21"的15倍;SiCCDl在两个白色品种中表达水平较其他品种高;白色品种中SiHYD的表达也均高于其他品种,且在S4时期,SiHYD的表达约为绿色“大青谷”的13倍。结果表明：米色形成是多个基因共同作用的结果。6、将各部分数据通过SPSS 9.0软件进行关联分析,得出分子水平基因表达与生理生化水平类胡萝卜素含量及谷子米色的关系。分析结果表明：米色色差系数CCI与b*,总类胡萝卜素含量及β-胡萝卜素含量与灌浆的多个发育阶段的SiCCD1和SiHYD表达呈显著负相关(psilcyb合成速率,使米色色泽降低。

关键词：谷子米色类胡萝卜素 β-胡萝卜素基因表达 silcyb

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