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普通小麦VDAC家族基因挖掘以及BADH-A1、P5CS和HDZ34基因优异等位变异鉴定

普通小麦VDAC家族基因挖掘以及BADH-A1、P5CS和HDZ34基因优异等位...

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作者：于铭西北农林科技大学

学位级别：硕士

小麦是我国最重要的粮食作物之一,其生产关系到国家粮食安全和社会稳定。但小麦产量不仅会受到环境等外部因素的影响,还会受到小麦自身生长发育的内部因素影响。形成优异的产量性状对保障小麦高产稳产具有非常重要的意义。又由于极端气... 详细信息

小麦是我国最重要的粮食作物之一,其生产关系到国家粮食安全和社会稳定。但小麦产量不仅会受到环境等外部因素的影响,还会受到小麦自身生长发育的内部因素影响。形成优异的产量性状对保障小麦高产稳产具有非常重要的意义。又由于极端气候增多,干旱和盐胁迫已然成为减少小麦产量的重要因素之一。为此,挖掘、验证和利用小麦抗旱、耐盐和产量性状相关基因及其优异等位变异,能够为小麦育种提供一定的理论依据和优异的遗传资源。(1)本研究从Ensembl Plants数据库获取小麦(中国春)的全基因组数据,对其电压阴离子通道(VDAC)蛋白的全基因家族进行鉴定和分析;并且在分子、生理和表型水平分析转tavdac1-B基因拟南芥的抗旱和耐盐性,进而挖掘tavdac基因家族成员及其综合信息,验证tavdac1-B基因响应干旱和盐胁迫的功能。(2)挖掘19个小麦品种6A染色体上的甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因等位变异,并采用自然群体和遗传分离群体在分子、生理和表型水平鉴定优异等位变异,且开发功能分子标记;在微核心种质和自然群体中探究了不同等位变异的地理分布和频率,预期取得TaBADH-A1基因不同等位变异在小麦育种过程中被选择的程度信息。(3)通过鉴定119份小麦品种(系)萌发期相对发芽率,干旱处理的小麦叶片脯氨酸积累量,确定小麦品种(系)的抗旱性,并分析两组萌发期抗旱性极端的品种间吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因序列的多态性,通过关联分析挖掘TaP5CS基因优异等位变异并开发功能分子标记。(4)挖掘17个小麦品种中同源域亮氨酸拉链转录因子34(HDZ34)的三个同源基因的等位变异,并采用以中国春和烟辐188为亲本,中国春和宁9940为亲本构建的两套F代重组自交系群体鉴定与产量性状相关的优异等位变异组合,且开发功能分子标记;在微核心种质和自然群体中探究TaHDZ34基因不同等位变异组合的地理分布和频率,预期取得TaHDZ34基因不同等位变异组合在育种中被选择的程度信息。主要的研究结果如下:1、鉴定出小麦tavdac基因家族的成员及其基本生物信息学特征特性,并且证明了tavdac1-B基因在拟南芥中过表达能够提高其耐盐性降低其抗旱性。在普通小麦中,鉴定出了26个tavdac基因,且其蛋白均具有β涌状结构。tavdac家族的基因结构和蛋白保守基序在不同亚家族之间呈现多样性,在启动子区域均预测到与抗逆和激素相关元件,并且在染色体上的位置是不均匀分布的。在不同组织和器官中,tavdac1-A～tavdac4-D和tavdac9-A～tavdac9-D基因表达水平较高,其余基因表达水平较低。随后,与野生型相比,在萌发期和成株期的转tavdac1-B基因拟南芥表现出强抗盐性和弱抗旱性。在盐胁迫下转基因株系中At NRX1基因表达上调,超氧化物歧化酶的活性升高,进而导致活性氧的减少;在干旱胁迫下,上述三者的趋势与盐胁迫时完全相反。本部分研究结果为小麦育种提供了一定的理论依据。2、鉴定出了能够提高小麦抗旱和耐盐性的优异等位变异BADH-A1b。在小麦中,TaBADH-A1基因被鉴定出了7个单倍型,根据TaBADH-A1基因第3内含子254 bp DNA转座子的插入或缺失(In Del),该基因在小麦内被分为两种等位变异:BADH-A1a和BADH-A1b,并以此开发分子标记6AM。在干旱和盐胁迫下,携带BADH-A1b的小麦品种(株系)的TaBADH-A1基因表达水平、甜菜碱含量、平均相对发芽率以及在干旱和盐胁迫下的存活率显著高于携带BADH-A1a的小麦品种(株系)。进一步,在微核心种质和121份小麦品种(系)中,BADH-A1a比BADH-A1b分布更广和占比更大。本部分研究为抗旱和耐盐小麦的选育提供优异遗传资源和快速选择方法。3、鉴定出了能够提高小麦萌发期抗旱性的优异等位变异TaP5CS-1A-a。119份小麦品种(系)的萌发期抗旱性不同,且抗旱性与干旱处理的叶片脯氨酸积累量呈现正相关。在两组极端抗旱性的小麦品种间,TaP5CS-1A基因组DNA全长序列存在2个单核苷酸多态性(SNP)位点,根据第5内含子的SNP位点分为两种等位变异类型:TaP5CS-1A-a和TaP5CS-1A-b,并开发CAPS分子标记。TaP5CS-1A-a等位变异类型品种(系)的平均相对发芽率为60.7%,极显著高于TaP5CS-1A-b等位变异类型品种(系)的平均相对发芽率(44.6%)(P<0.01)。本部分研究为抗旱小麦的选育提供优异遗传资源和快速选择方法。4、鉴定出能够提高小麦穗粒数、千粒重、有效小穗数和旗叶叶面积的优异等位变异组合HDZ-A34a HDZ-B34a HDZ-D34a。TaHDZ34的三个同源基因分别鉴定出5、6和6种单倍型,分别根据TaHDZ-34A启动子区259 bp

关键词：普通小麦耐盐性抗旱性产量相关性状 tavdac TaBADH-A1 TaP5CS TaHDZ34

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