一个高秆显性四倍体小麦材料的发现与其DELLA蛋白丰度相关性分析

摘要

小麦是我国重要的粮食作物。因此，培育优良小麦品种就显得愈加重要。矮秆基因的发现和利用对世界小麦生产产生了巨大推动作用，引发了一场世界闻名的“绿色革命”。迄今，小麦中已经发现且命名的21个矮秆基因中有4个已被克隆。遗传分析表明，这些矮秆基因均属于DELLA基因家族。DELLA蛋白不仅调控植物株高，而且在植物抗逆方面有良好表现，因此，本研究中，与DELLA相关的高秆显性材料的发现，对于小麦优良高产或抗逆品种的选育具有重要的理论意义和应用价值。
　　 1.试验选用四倍体小麦材料，排除了D染色体组上同源矮秆基因的干扰，而且在小麦的A染色体组上没有矮秆基因，因此对矮秆基因的研究比较有利。同时利用一对特异引物对西安穗分枝小麦与Gernado进行基因型检测，发现其分别包含Rhtl(Rht-Blb)野生型和突变体基因，而且以前的研究资料表明，野生型Rhtl具有高秆表型，其突变体则有降秆24％的效应。
　　 2.对西安穗分枝常规遗传学研究表明，其杂交F1代显性度为0.81，推测在西安穗分枝内有矮秆基因的调控基因。杂交F2代有22.8％的超亲性状植株，与以往的研究结果Rht1具有24％的降秆效应相反，同时从其回交BC1结果也可以看出，高秆分离后代远高于高亲株高。遗传分析在西安穗分枝小麦中具有一对显性调控基因，抑制矮秆基因的植物体内DELLA蛋白的积累，从而使植株杂交后代表现出大量的超高亲性状。
　　 3.对西安穗分枝内显性调控基因与DELLA蛋白之间的调控机制研究发现，DELLA蛋白抑制植物生长，因此高秆小麦的DELLA蛋白含量少而矮秆含量多，而且其蛋白表达水平随其mRNA的转录水平的变化而成正相关，即西安穗分枝内的显性调控基因不直接调控DELLA蛋白的降解。此外，GA印迹试验表明，西安穗分枝小麦经GA处理的样品第一片真叶的长度比未经GA处理的短，这与中国春的表型相比正好相反，可见西安穗分枝的株高与GA的浓度成负相关。因此，该调控基因的调节作用可能与活性GA的水平密切相关。