高粱一种酸性磷酸酯酶基因SbAP1的功能研究及甜高粱三种重要农艺性状的QTL定位

摘要

随着世界现代经济的高速发展，全球正遭遇着越来越严重的能源危机。生物能源作为一种新兴能源，以其可再生、资源丰富、低污染等优势已经逐渐成为缓解世界能源危机的重要途径之一。但在大力发展生物能源特别是纤维素乙醇产业中，生物质原料中高含量的木质素已经成为影响纤维素酶降解效率的重要限制因素之一，它不仅增加了预处理强度和纤维素酶用量，其水解产物又可抑制纤维素酶的活性。因此深入研究植物木质素合成及调控的分子机理，可有效控制能源植物木质素的合成，创制低木质素的生物质原料，提高纤维素酶作用效率，对降低生产成本，提高纤维素乙醇的生产效益具有重要意义。
　　高粱是重要的生物能源植物，利用抑制差减杂交(SSH)及基因芯片联用技术，识别并验证了野生型BTx623及13种bmr突变体之间表达明显差异基因，本文对其中一种酸性磷酸酯酶基因SbAP1进行深入的功能研究。结果表明:在拟南芥中过表达SbAP1可以显著提高转基因拟南芥阳性纯系的木质素含量，影响木质素合成的多个关键基因的表达显著增强(例如AtHCT、 AtCCOAOMT、 AtF5H)，同时SbAP1可促进植物的发育，幼苗期莲座叶直径、叶片面积均大于对照，并可促进其提前开花。但过表达SbAP1并不能提高转基因拟南芥对ABA的抗性，也对NaCl、H2O2、甘露醇等逆境没有明显的反应。对SbAP1影响木质素合成的确切机理是否通过胞内钙信号系统、激素（水杨酸、ABA等）及有关转录因子起作用还需进一步的实验证明。
　　甜高梁的杂种优势非常明显，利用甜高粱雄性不育系石28A和S148的杂种F2代分离群体，对多个重要农艺性状的QTL进行定位分析，具有十分重要的理论及应用价值。本论文较为详细的统计了甜高粱雄性不育系石28A和S148的F2代群体(445株)每一个单株的多个农艺性状（包括株高、茎粗、单株鲜重、锤度、开花期、节数、种子重量等）。完成了双亲差异SSR标记的筛选，从2980对高梁SSR引物中共获得了307对多态性SSR引物，并用其中100余对对F2群体各个单株进行的多态性检测，最终获得有效标记95个。已经利用MAPMAKER3.0、Mapdisto等作图软件及Osambi函数计算得到遗传连锁图距，构建了甜高粱的分子标记遗传连锁图谱。该图谱共覆盖高粱基因组1459.5 cM，标记间平均图距为19.46 cM。本文用QGene分析软件，采用复合区间作图法对株高、茎叶鲜重、穗重等性状进行初步QTL定位（注:往届硕士生王多祥及李佳俊同学共同完成该工作）。识别了每个性状的主效QTL，发现第6染色体上存在一个多个性状QTL共定位簇，分析了各个性状的主效QTL分布特点及相关性。该研究对这些主要QTL的精细定位、图位克隆及分子标记辅助育种、聚合育种等研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 植物酸性磷酸酯酶及甜高粱QTL定位的研究进展

1．酸性磷酸酯酶的研究进展

1．1 酸性磷酸酯酶的分类

1．2 植物酸性磷酸酯酶的发现

1．3 高等植物中的蛋白磷酸酯酶

1．4 研究较多的几种酸性磷酸酯酶

2．高粱分子标记遗传图谱与数量性状QTL定位

2．1 分子遗传图谱的构建

2．2 高粱遗传图谱

2．3 数量性状QTL定位

3．立题依据及研究内容

第二章 一种高粱酸性磷酸酯酶基因SbAP1的功能研究

1．引言

2．实验材料

2．1 植物材料及培养条件

2．2 菌株与载体

2．3 培养基及溶液

3．实验方法

3．1 拟南芥过表达转基因株系的获得

3．2 过表达转基因拟南芥表型分析

3．3 过表达植株中相关Marker基因的表达模式分析

4．实验结果及分析

4．1 SbAP1序列分析

4．2 SbAP1过表达纯系植株的鉴定

4．3 SbAP1过表达拟南芥对植物激素ABA没有响应

4．4 SbAP1过表达促进拟南芥的生长发育

4．4 SbAP1过表达提高拟南芥木质素含量

4．5 SbAP1过表达拟南芥中相关Marker基因的表达模式分析

5 讨论

第三章 甜高粱几种重要农艺性状的QTL分析

1．引言

2．实验材料

2．1 植物材料及培养条件

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器

3．实验方法

3．1 杂交群体F2代性状的测定

3．2 杂交群体F2代SSR分析

3．3 遗传连锁图谱的建立

3．4 QTL定位分析

4．实验结果及分析

4．1 亲本及F1代、F2代群体表型性状数据的统计

4．2 F2代SSR-PCR产物进行PAGE胶电泳检测

4．3 遗传连锁图谱的建立

4．4 甜高粱相关农艺性状的QTL定位分析

5．讨论

5．1 高粱遗传连锁图谱的构建

5．2 甜高粱相关农艺性状的QTL定位

总结

附录

参考文献

致谢