小麦耐低磷胁迫相关性状的QTL定位及低磷胁迫诱导基因和蛋白的表达谱分析

摘要

土壤缺磷是限制作物产量提高的主要的非生物胁迫之一。进行磷高效基因的定位和低磷胁迫诱导基因和蛋白的表达谱分析能够为植物磷营养改良和磷高效育种提供有用的信息。 1.本研究以小麦重组近交系群体(农大3338×Altgold)为材料，结合SSR高密度遗传图谱，定位了小麦苗期性状(分蘖数、地上鲜重、地上干重和总干重)及耐低磷胁迫性状位点39个(LOD>2)，分布在11条染色体上，其中单个位点对表型贡献率大于10％的有4个。本研究还定位与小麦根系性状(根长、根数和根干重)及其低磷胁迫响应有关的QTL30个(LOD>2)，分布在14条染色体上，其中单个位点对表型贡献率大于10％的有5个。分析发现，小麦耐低磷胁迫相关性状的QTL在染色体上分布不均，在染色体2A、2B、4A、6D和7B上存在QTL集中分布的区域。分析还发现，一些位点存在胁迫条件的特异性，部分耐低磷胁迫位点与性状在不同胁迫条件下的位点重合。根系性状QTL及其低磷胁迫响应QTL是由不同位点所控制的，所定位的根系性状QTL及其低磷胁迫响应QTL在染色体上分布不均，其中在染色体7B上共检测到多达7个位点。控制小麦耐低磷胁迫能力相关性状及根系对低磷胁迫响应基因分散于双亲中，聚合这些来自双亲的增效等位基因，将有可能选育出磷效率明显提高的小麦品种。 2.本研究利用Affymetrix公司生产的包含61，127个探针的小麦基因芯片，分别构建了磷高效小麦基因型(洛夫林10号)短期(6小时)和长期(7天)低磷胁迫条件下根系和叶片基因差异表达谱，共获得差异表达探针3，145个。差异表达基因的功能不仅涉及了碳氮代谢、光合作用和物质转运等过程，还包括转录调节，信号转导等调控途径。深入分析发现，与激素代谢、激素信号转导及其响应有关的基因也参与了小麦低磷胁迫响应基因的调控。本研究首次构建了小麦低磷胁迫诱导差异表达基因表达谱，并利用比较基因组学和生物信息学手段，对部分低磷胁迫诱导差异表达基因的功能和表达模式进行了分析，主要包括以下几类基因：1) 小麦低磷胁迫特异响应基因。2) 包括激酶和转录因子在内的信号转导和转录调节基因。3) 激素代谢、激素信号转导及其响应基因4) 小麦根系发育相关基因。 3.本研究利用蛋白质双向电泳技术构建了小麦根系低磷胁迫7天诱导的差异表达蛋白谱，并结合质谱技术成功鉴定了19个差异蛋白点。差异表达蛋白功能涉及蛋白代谢、细胞分裂和运动、染色体分离、信号转导和转录调控等过程。磷胁迫诱导的差异表达不仅发生在转录水平，相当一部分可能发生在翻译水平。

目录

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英文文摘

声明

第一章文献综述

第二章小麦低磷胁迫相关性状的QTL定位

2.1小麦耐低磷相关性状的QTL定位与分析

2.1.1材料与方法

2.1.2结果与分析

2.1.3讨论

2.2小麦根系性状及其对低磷胁迫响应QTL的定位与分析

2.2.1材料与方法

2.2.2结果与分析

2.2.3讨论

第三章利用Affymetrix小麦芯片分析小麦低磷胁迫诱导的基因表达谱

3.1材料与方法

3.1.1植物材料

3.1.2材料种植

3.1.3取样方法

3.1.4 RNA提取和纯化

3.1.5芯片杂交

3.1.6杂交数据分析

3.1.7荧光定量PCR

3.2结果与分析

3.2.1低磷胁迫处理与对照之间的表型和含磷量差异

3.2.2芯片质量监控和杂交结果初步分析

3.2.3差异表达探针及其表达模式

3.2.4芯片结果验证

3.2.5差异表达探针的功能分类

3.3讨论

第四章小麦根系低磷胁迫蛋白表达谱的构建及差异表达蛋白分析

4.1材料与方法

4.1.1植物材料

4.1.2材料种植

4.1.3取样方法

4.1.4根系总蛋白的提取

4.1.5根系总蛋白的双向电泳

4.1.4蛋白的染色和图像处理

4.1.5胶内酶切

4.1.6质谱鉴定

4.1.7质谱库匹配

4.1.8 KEGG代谢途径分析

4.2结果与分析

4.2.1磷胁迫处理7天根系及地上与对照的干重和磷浓度比较

4.2.2蛋白分离

4.2.3差异表达蛋白的质谱鉴定

4.2.4差异表达蛋白分析

4.3讨论

4.3.1小麦根系低磷胁迫诱导差异表达蛋白谱的构建

4.3.2小麦根系低磷胁迫下差异表达蛋白的鉴定

4.3.3小麦低磷胁迫诱导差异表达基因和蛋白表达谱的比较

第五章结论

参考文献

致 谢

附录

个人简历