小麦品种抗旱性与深根性的关系及TaSABP2基因的克隆与表达分析

摘要

为明确小麦品种抗旱能力与生理特性的关系、挖掘利用小麦抗逆基因TaSABP2，以不同抗旱类型品种洛旱6号（抗旱性强）、洛旱8号（抗旱性强）、西农979（抗旱性中等）、矮抗58（抗旱性中等）、郑麦366（抗旱性弱）、郑麦9023（抗旱性弱）为试验材料，采用根室柱栽试验和大田栽培试验，探索小麦根系纵深生长与品种抗旱能力的关系、小同水分处理下小麦品种的籽粒产量及生理特性，并结合分子生物学技术，克隆与抗旱性有关的小麦抗逆基因TaSABP2，对其进行序列特征分析和实时定量表达检测。结果表明:
　　(1)柱栽条件下小麦根深在挑旗期达最大值，越冬至挑旗期间根系生长速度快。挑旗期和抽穗期不同抗旱类型品种间的根深差异达显著水平，其中抗旱性强的品种最大根深较深;与抗旱性弱的品种相比，抗旱性强的品种总根干重和深层根干重小，根系生理活性强。籽粒灌浆期表现为抗旱性越强，深层根系生理活性越强。
　　(2)大田条件下抗旱性强的品种干旱减产率较低，抗旱系数较大，而抗旱性弱的品种干旱减产率较高，抗旱系数较小。生育前期干旱的年份处理间的产量水平差异主要是由成穗数的不同引起的，生育后期干旱的年份处理间的产量水平差异主要是由千粒重的不同导致的。不同品种的产量构成因素、籽粒湿面筋含量、株高、单株分蘖数、单株次生根数等指标的高低及干旱条件下的变化值（或变化百分比）由品种自身特性决定，与品种抗旱性的强弱没有明显的相关关系。同一取样时间、同一水分处理抗旱性强的品种根系生理活性高于抗旱性弱的品种。
　　(3)克隆到小麦TaSABP2基因，TaSABP2基因的cDNA全长878bp，开放阅读框807bp。编码268个氨基酸，分子量约为29.6kD，等电点591，属于酸性蛋白，原子总数为4165个，分子式为C1338H2081N353O378S15。BLASTX比对表明TaSABP2基因核苷酸及其氨基酸序列与短柄草(XP_003567195)核苷酸及其氨基酸序列的相似性最高。TaSABP2基因编码蛋白包含Abhydrolase及PLN02211两个结构域及酶活性中心序列(VVLVGHSLGG)，属于Abhydrolase超家族。TaSABP2基因编码蛋白可能定位于叶绿体及细胞质上，属可溶性蛋白。此外，TaSABP2基因编码蛋白有12个丝氨酸、5个苏氨酸、3个酪氨酸可能被磷酸化。无规则卷曲是其蛋白二级结构中最大量的结构元件，α-螺旋、β转角和延伸链分散于整个蛋白质中。TaSABP2基因氨基酸序列同其他9种植物的氨基酸序列进行多重序列比较，发现功能区域的氨基酸序列较为保守。TaSABP2基因编码蛋白三级结构以α-螺旋和无规卷曲为主要结构元件，β转角和延伸链较少。TaSABP2基因的各组织表达量强弱顺序为花药＞雌蕊＞穗节＞颖壳＞根＞叶＞茎;植物激素ABA、BR处理及干旱、盐胁迫处理，均能诱导该基因的表达量迅速增加。
　　上述结果表明，抗旱性强的小麦品种未必具有较大的根干重或深层根干重，但根系下扎深且具有较强的深层根根系生理活性，尤其是生育后期的生理活性。产量构成因素、籽粒湿面筋含量、株高、单株分蘖数、单株次生根数等指标的高低及干旱条件下的变化值（或变化百分比）由品种自身特性决定，与品种抗旱性的强弱没有明显的相关关系。成功克隆的小麦TaSABP2基因对小麦的抗逆性有一定作用，为提高其抗旱性提供了理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 植物抗旱性的生理机制

1．1．1 植物形态结构与抗旱性

1．1．2 植物生理生化调节与抗旱性

1．2 抗逆基因TaSABP2

1．3 植物抗旱性的评价指标

1．3．1 农艺性状指标

1．3．2 生理生化指标

1．3．3 产量指标

1．4．2 模拟干旱条件法

2 引言

3 小麦品种抗旱性与根深和深层根系活性的关系

3．1 材料与方法

3．1．1 供试品种

3．1．2 设施建造与试验设计

3．1．4 测定时期、项目与方法

3．1．5 统计分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 小麦生育期内根系深度的变化

3．2．2 小麦生育期内根干重的垂直变化

3．2．3 小麦生育期内根系生理活性的垂直变化

3．2．4 不同小麦品种籽粒产量及其构成因素的差异

3．3 结语与讨论

4 不同水分处理下小麦品种的籽粒产量及生理特性

4．1 材料与方法

4．1．1 试验地概况

4．1．2 试验设计

4．1．3 田间管理

4．1．4 测定项目与方法

4．1．5 数据统计分析

4．2 结果与分析

4．2．1 不同水分处理下小麦品种的籽粒产量及抗旱性评价

4．2．2 不同水分处理下小麦品种的籽粒产量构成因素

4．2．3 不同水分处理下小麦品种的籽粒湿面筋含量

4．2．4 不同水分处理下小麦品种的株高

4．2．5 不同水分处理下小麦品种的单株分蘖数

4．2．6 不同水分处理下小麦品种的单株次生根数

4．2．7 不同水分处理下小麦品种的根系生理活性

4．3 结语与讨论

5 小麦抗旱相关基因TaSABP2的克隆及功能研究

5．1 材料与方法

5．1．1 材料种植与处理

5．1．2 总RNA提取及cDNA第一链合成

5．1．5 半定量RT-PCR分析

5．2 结果与分析

5．2．1 小麦TaSABP2基因cDNA克隆

5．2．2 小麦TaSABP2基因全长及其推导氨基酸序列分析

5．2．3 小麦TaSABP2基因生物信息学分析

5．2．4 小麦TaSABP2基因与其他植物序列比对和树化分析

5．2．5 小麦TaSABP2基因组织特异性表达分析

5．2．6 小麦TaSABP2基因喷施激素及非生物胁迫的应答表达分析

5．3 结语与讨论

参考文献

作者简介