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tasbeⅰ基因在小麦籽粒淀粉合成中的功能

TaSBEⅠ基因在小麦籽粒淀粉合成中的功能

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作者：陈师娟河南农业大学

学位级别：硕士

淀粉是小麦籽粒中最主要组分,它不仅决定了粒重,而且与蒸煮类面食制品加工品质的关系极为密切。本实验室前期发现支链淀粉合成基因tasbeⅠ在小麦籽粒发育过程中被显著诱导表达,推测其在籽粒淀粉合成过程中发挥了重要作用。为探究tasbe... 详细信息

淀粉是小麦籽粒中最主要组分,它不仅决定了粒重,而且与蒸煮类面食制品加工品质的关系极为密切。本实验室前期发现支链淀粉合成基因tasbeⅠ在小麦籽粒发育过程中被显著诱导表达,推测其在籽粒淀粉合成过程中发挥了重要作用。为探究tasbeⅰ基因在籽粒淀粉合成过程中的功能,构建了tasbeⅰ基因过量表达载体,并将其转入河南主栽品种郑麦7698中。本研究通过对转tasbeⅰ基因株系的不同后代（T～T）植株检测,筛选到了不含选择标记的转基因株系;进而,对T代转tasbeⅰ基因的小麦植株进行产量、淀粉含量等相关农艺性状的调查,发现过量表达tasbeⅰ基因显著提高了小麦产量和支链淀粉含量,并改善了淀粉特性;同时支链淀粉的精细结构如链长分布和分支度发生了显著变化;表明过量表达tasbeⅰ基因显著影响了小麦支链淀粉结构,进而改善淀粉品质并提高小麦产量。此外,利用355个小麦品种对tasbeⅰ基因序列重测序,鉴定该基因的优异等位变异位点,为高千粒重和优异淀粉品质小麦育种提供理论依据。主要研究结果如下:（1）获得了tasbeⅠ过量表达的转基因小麦纯合株系。利用PCR技术,对转tasbeⅰ基因小麦植株T-T代的阳性籽粒以及无选择标记基因Bar基因的阳性籽粒进行筛选。结果显示,T-T代无选择标记基因的阳性籽粒比例分别是5.6%、20.2%和62.7%,分离比例逐年增加。利用半定量和q RT-PCR技术在RNA水平上检测T代3个转基因株系中tasbeⅰ基因的转录水平,结果显示在开花后15 d和25 d,转基因株系中tasbeⅰ基因的表达量均显著高于野生型,表明本研究获得了tasbeⅰ基因过量表达、且不含选择标记的转基因纯合植株,有利于减少转基因小麦的风险性。（2）测定了tasbeⅠ过量表达转基因小麦纯合株系的主要农艺性状和和淀粉特性。与野生型相比,转tasbeⅰ基因小麦植株纯合株系的千粒重显著提高,而平均单株成穗数和平均单穗穗粒数均没有显著差异。淀粉含量和糊化特性的测定结果显示,转tasbeⅰ基因小麦植株的总淀粉和支链淀粉含量增加,直链淀粉含量降低,直/支比降低;淀粉的膨胀势和糊化特性如峰值粘度、稀懈值、低谷粘度、反弹值和糊化时间也显著增加。表明tasbeⅠ过量表达后有利于提高粒重与改善淀粉品质。（3）观察了tasbeⅠ过量表达纯合转基因小麦植株籽粒的细胞学变化。扫描电镜观察转tasbeⅰ基因小麦植株和野生型籽粒淀粉粒形态,发现转基因植株籽粒内B型淀粉粒的数目显著多于野生型;激光衍射粒度分析仪测定各株系淀粉粒的数目、体积和表面积,结果显示各株系淀粉粒的数目呈现单峰曲线的特征,体积和表面积则呈现为双峰曲线的特征。但转基因株系A型淀粉粒的数目、体积和表面积低于野生型;B型淀粉粒的数目高于野生型,其中小淀粉粒组（tasbeⅠ过量表达纯合转基因植株籽粒淀粉品质的改善与其B型淀粉粒的增加密切相关。（4）检测了tasbeⅠ过量表达纯合转基因小麦植株籽粒淀粉的精细结构。测定结果发现转基因株系支链淀粉的链长分布总体趋势与野生型一致,链长最高峰均在DP 11,链长分布多聚集在DP 11-24。但与野生型相比,多数转基因株系籽粒淀粉的分支度（2.33-2.65）和短链比例（DP 6-10）均显著增加,中长链比例（DP≥11）显著降低。表明转基因植株籽粒淀粉品质的提高来自于短链的增加。（5）为辨析与小麦粒重和优异淀粉品质的优异等位变异位点并开发相关分子标记,本研究通过对小麦品种的重测序,发现tasbeⅠ-7A可被分为3种单倍型,且Hap2和Hap3中的小麦品种平均千粒重高于Hap1;tasbeⅠ-7B可被分为2种单倍型,Hap1中的小麦品种千粒重高于Hap2;tasbeⅠ-7D无变异位点。

关键词：小麦 tasbeⅰ基因淀粉合成淀粉品质单倍型

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