小麥發(fā)育相關基因TaMOR和TaPARG的克隆與功能分析.pdf

1、小麥(Triticum aestivum L.)是人類的主要糧食作物，但是小麥生產(chǎn)受到干旱等逆境條件的嚴重制約。為了滿足世界人口不斷增長對糧食的需求，育種家通過遺傳改良培育抗逆高效新品種以獲得更高的產(chǎn)量。小麥的根系結構和株型直接影響著產(chǎn)量，揭示根系和株型發(fā)育的遺傳基礎，發(fā)掘并利用優(yōu)異基因資源對于小麥的遺傳改良具有重要意義。植物AS2/LOB(ASYMMETRICLEAVES2/LATERAL ORGAN BOUNDARIES)和AP2/

2、EREBP(APETALA2/ETHYLENE-RESPONSIVE ELEMENT BINDING PROTEINS)是調控生長發(fā)育的兩個重要基因家族。本研究以小麥品種旱選10號為試驗材料，克隆了小麥TaMOR(MORE ROOT)和TaPARG(PLANT ARCHITECTURE-RELATED GENE)基因，分別屬于LOB和AP2/EREBP基因家族。通過分析基因的序列特征及功能，明確了TaMOR和TaPARG在生長發(fā)育中的重

3、要作用。主要研究結果如下：
　　1.過表達小麥基因TaMOR能改良水稻的根系和產(chǎn)量。TaMOR屬于LOB基因家族，在小麥及其近緣植物中高度保守。小麥中三個復等位基因TaMOR-A、TaMOR-B和TaMOR-D序列相似性達96.9％，編碼的氨基酸序列相似度高達97.12%。組織表達分析表明 TaMOR在不定根和側根起始部位的表達量顯著高于其它組織，并且表達模式與根系的形成時間吻合，表明TaMOR參與小麥根系的起始。外源生長素(IA

4、A)能誘導TaMOR表達，并且不需要體內(nèi)蛋白的重新合成。體內(nèi)和體外的試驗都證明TaMOR能與TaMRRP(TaMOR-RELATED PROTEIN)發(fā)生互作。過表達TaMOR-D的轉基因擬南芥具有更多的側根，過表達TaMOR-D的轉基因水稻性狀發(fā)生顯著變化：冠狀根數(shù)目增多，主穗增長，主穗一次枝梗數(shù)和單株穗粒數(shù)增加，單株產(chǎn)量提高?？傊?，過表達TaMOR-D的擬南芥和水稻具有更發(fā)達的根系，并且轉基因水稻單株產(chǎn)量顯著提高。
　　2.小

5、麥轉錄因子TaPARG是新的AP2/EREBP類多效基因，調節(jié)株型和產(chǎn)量相關性狀發(fā)育。在小麥中檢測到TaPARG的兩個拷貝TaPARG-2A和TaPARG-2D，其編碼的氨基酸序列相似性高達97.67%，尤其是功能結構域的序列完全相同。TaPARG-2A定位于染色體2A上的Xwmc63和Xgwm372標記之間，TaPARG-2D定位于染色體2D上。TaPARG蛋白定位于細胞核。通過TaPARG組織表達模式分析，單倍型與性狀的關聯(lián)分析，以

6、及過表達轉基因水稻表型分析，結果都表明TaPARG在生長發(fā)育過程中發(fā)揮多種功能，包括調控株高和分蘗數(shù)等株型相關性狀和千粒重等產(chǎn)量相關性狀。在小麥中檢測到TaPARG-2A的三種單倍型，其中Hap-2A-2和Hap-2A-3是降低株高和分蘗數(shù)、提高千粒重的優(yōu)異單倍型。這兩種優(yōu)異單倍型的形成可能是由于單個氨基酸的改變(His/Tyr)。在我國小麥育種的歷史進程中，兩種優(yōu)異單倍型受到了較強的正向選擇。研究結果表明，TaPARG調節(jié)小麥株型和產(chǎn)