转玉米PEPC基因小麦和六倍体小黑麦新种质的分子细胞学鉴定研究

摘要

小麦是世界范围内广泛种植的重要农作物之一，是世界上35％人口的食品来源。产量性状是小麦遗传改良的重要目标，虽然目前小麦品种的产量潜力整体上已经达到相对较高水平，进一步提高难度不断加大。但通过转基因和远缘杂交途径进一步提高小麦品种产量潜力仍表现了较高的有效性，这方面的研究工作已成为小麦遗传改良工作的前沿课题。本文是对转玉米C4型高光效PEPC基因小麦后代和小麦-黑麦大穗型衍生后代进行详细的分子细胞学鉴定及筛选，力图为小麦品种的产量潜力提高提供可靠新种质材料和理论支持。
　　 1.转玉米C4型高光效PEPC基因小麦的分子特征鉴定及光合特性研究
　　 对6个PCR检测为阳性的T3代转基因系（两种不同的受体材料转化获得）和非转基因对照进行Southernblot分析，结果表明PEPC基因以1～3个拷贝整合到了6个转基因株系小麦基因组的不同位点;周19转基因株系中1-27-3和1-51-4表现为单拷贝整合;在品系17-1转基因后代三个株系中以2～3个拷贝整合。
　　 qRT-PCR和Western杂交分析结果表明:除1-45-3以外，6个转基因株系的表达水平均高于对照。其中，株系1-27-3和5-32-2转录水平提高幅度最大，分别较各自对照提高约4.7和5.8倍，差异达到极显著水平，表明外源PEPC可在小麦中正确转录和表达。
　　 光合生理生化分析发现有4个株系的酶活性和净光合速率显著高于对照，光合特性获得明显改善。抽穗期转基因株系的PEPC酶活最大值为1.6μmolmin-1mg-1，较对照提高了1.6倍;净光合速率最大值为29.5μmolm-2s-1，较对照提高了15.5％。
　　 对转基因小麦株系和对照进行产量性状分析，转基因株系的单株重、单株产量和千粒重获得提高，其中株系1-27-3和5-32-2的单株重、单株产量和千粒重与对照差异达到显著水平，具有提高小麦产量的潜力。
　　 2.小麦-黑麦大穗型衍生后代分子细胞学鉴定
　　 通过根尖细胞有丝分裂中期染色体计数，兰小黑麦为六倍体(2n=42)材料。对兰小黑麦进行基因组原位杂交分析结果表明:兰小黑麦42条染色体中有14条外源黑麦的染色体，28条普通小麦染色体。
　　 兰小黑麦基因组DNA分子标记分析结果表明:黑麦R组14条染色体完全整合到了兰小黑麦中，并且小麦的D组染色体缺失。
　　 田间农艺性状调查结果表明:兰小黑麦较其父本的分蘖力、小穗数、穗粒数获得明显提高，对白粉病和条锈病近免疫，但是其饱满度和千粒重降低。

目录

声明

摘要

缩略语

第一章 文献综述

1．1 转玉米C4型高光效PEPC基因小麦的分子特征鉴定及光合特性研究

1．1．1 提高光能利用率与增加产量的关系

1．1．2 C4光合作用途径与C3光合作用途径的比较

1．1．3 引入C4光合途径提升C3作物产量潜力的可行性分析

1．1．4 C4途径关键酶基因PEPC的分子生物学研究进展

1．1．5 高光效转基因植物的分子检测与鉴定技术

1．2 小麦-黑麦大穗型衍生后代分子细胞学鉴定

1．2．1 小黑麦合成

1．2．2 小麦染色体工程

1．2．3 六倍体小黑麦合成及其在小麦遗传育种中的应用

1．2．4 外源遗传物质鉴定技术

1．3 研究目的意义及创新点

1．3．1 研究目的与意义

1．3．2 研究的创新点

1．4 技术路线

1．4．1 转玉米C4型高光效PEPC基因小麦后代株系鉴定及筛选

1．4．2 小麦-黑麦大穗型衍生后代分子细胞学鉴定

第二章 转玉米C4型高光效PEPC基因小麦的分子特征鉴定及光合特性研究

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 T3代转基因株系PCR检测

2．1．3 T3代转基因株系的Southern杂交检测

2．1．4 T3代转基因株系的实时荧光定量PCR分析

2．1．5 T3代转基因株系的Western杂交

2．1．6 T3代转基因株系的PEPC酶活性测定

2．1．7 T3代转基因株系的净光合速率测定

2．1．8 产量性状分析

2．2 结果与分析

2．2．1 转基因小麦株系PCR检测

2．2．2 Southern杂交分析

2．2．3 外源PEPC基因实时荧光定量PCR分析

2．2．4 外源PEPC基因Western杂交分析

2．2．5 光合生理特性分析

2．2．6 产量性状分析

2．3 讨论

第三章 小麦-黑麦大穗型衍生后代分子细胞学鉴定

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 根尖细胞染色体观察

3．1．3 基因组原位杂交

3．1．4 分子标记分析

3．1．5 农艺性状调查

3．2 结果与分析

3．2．1 根尖细胞染色体观察及筛选

3．2．2 基因组原位杂交

3．2．3 SSR分析

3．2．4 农艺性状调查

3．3 讨论

全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文