小麦突变体DC20矮秆基因的定位及GA代谢相关基因的表达分析

摘要

小麦（Triticum aestivum L.）作为世界性的粮食作物，小麦的增产对农业生产和提高人民生活水平具有重要作用。“绿色革命”使得矮化育种成为小麦高产育种的一条重要途径。目前，只有少数几个矮秆基因在育种中被广泛利用。大面积的使用同一类型的矮秆基因限制了产量的进一步提高，也容易造成“遗传脆性”等不利影响。因此，发掘利用新的矮秆基因和矮源材料是当前小麦矮化育种的主要目标。 新种质DC20是经185Gy高能混合粒子场处理得到的矮秆突变体。本研究为给DC20的利用提供依据，采用田间观察、赤霉酸鉴定以及SSR分析相结合的方法，对该种质的矮秆性状进行了遗传分析和分子标记定位。结合实时荧光定量PCR技术分析了矮秆基因对突变体内GA合成及信号途径相关基因表达的影响。获得的主要研究结果如下: 1、与野生型D6-3相比，矮秆突变体DC20的矮化性状主要表现为各节间长度的缩短，且穗下第五节间（基部第一节间）对矮化贡献最大。 2、苗期赤霉素鉴定结果表明，矮秆突变体DC20为赤霉素反应敏感类型，且DC20的敏感性较野生型更强。 3、以矮秆突变体DC20与高秆材料杂交，杂种F1代的株高接近中亲值，在F2群体中高秆和矮秆分离比例符合3∶1;回交群体高秆和矮秆分离比例符合1∶1，表明DC20的矮秆性状受一对隐性主效基因控制。 4、利用F2群体和BC1F1群体的基因型和株高数据连锁分析显示，标记Xgwm537与矮秆基因连锁。在F2群体中，矮秆基因与标记Xgwm537的遗传图距为3.8 cM;在回交群体中两者的遗传图距为4.7 cM。研究发现DC20携带的矮秆基因不同于Rht13，有可能是一个位于7B染色体短臂上的新矮秆基因，暂命名为RhtDC20。 5、选取16个与GA生物合成及信号途径相关基因进行实时荧光定量PCR的结果表明，在合成途径中GGPS4和GA3基因都显著下调，下调倍数分别为2.56、20;信号转导途径中正向因子基因GAMYB显著下调，下调3.10倍，反向作用因子基因GAI显著上调，上调倍数分别为2.25。 6、矮秆基因对GGPS4、GA3和GAMYB的抑制及对GAI、SPY的促进作用可被外源活性GA3解除。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 矮秆基因的分类研究

1．1 矮化专性寡基因和非专化基因

1．2 赤霉素反应不敏感基因和敏感基因

1．3 小麦主效矮秆基因研究

2 小麦矮杆基因的鉴定方法

2．1 系谱追踪法

2．2 赤霉素反应鉴定

2．3 分子标记鉴定

3 小麦矮秆基因分子标记鉴定的类型

3．1 RFLP标记

3．2 RAPD标记

3．3 SSR标记

4 小麦矮杆基因的分子标记研究现状

4．1 国外研究现状

4．2 国内研究现状

5 Rht基因致小麦矮化的机制

5．1 矮秆基因编码蛋白结构特点研究

5．2 赤霉素不敏感矮秆基因致矮化机制研究

5．3 赤霉素敏感矮秆基因致矮化机制研究

6 小麦矮化育种

6．1 矮化育种的意义

6．2 小麦矮化百种的现状

6．3 小麦矮源材料

6．4 我国主要小麦矮源分布

7 主要Rht基因在育种中的利用及其对农艺性状的影响

7．1 Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)基因

7．2 Rht3(Rht-B1c)基因

7．3 Rht8和Rht9基因

7．4 Rht10基因

7．5 Rht12基因

7．6 矮杆基因对小麦农艺性状的利弊分析

8 诱变技术在育种中的作用

9 本研究的目的和意义

第二章 DC20矮秆基因的遗传分析及定位研究

1 试验材料

1．1 植物材料

1．2 实验试剂

2 技术路线

2．1 矮秆突变体DC20的鉴定

2．2 矮秆突变体DC20的矮秆性状的遗传特点及SSR标记定位

3 试验方法

3．1 试验材料田间种植及株高性状调查

3．2 苗期赤霉素(GA3)反应鉴定

3．3 苗期多效唑(PAC)反应鉴定

3．4 基因组DNA的提取及纯化

3．5 高、矮秆池和优选小群体的构建

3．6 矮秆基因的SSR标记分析

3．7 标记的筛选与数据分析

3．8 遗传连锁图谱的构建与基因定位

4 结果与分析

4．1 DC20穗下节间矮化分析

4．2 苗期赤霉素和多效唑鉴定

4．3 DC20的株高鉴定与遗传特点分析

4．4 基因组DNA的琼脂糖检测

4．5 矮秆基因连锁SSR引物的筛选

4．6 矮秆基因与标记的连锁分析

4．7 矮秆基因的标记定位

5 讨论

5．1 苗期赤霉素鉴定

5．2 利用BSA结合PSG进行基因定位

5．3 矮秆基因的染色体定位

5．4 存在问题与需进一步解决方法

第三章 矮秆基因对GA代谢途径相关基因的表达分析

1 实验材料

1．1 植物材料

1．2 试验试剂及耗材

1．3 引物序列

2 实验方法

2．1 小麦叶片总RNA的提取

2．2 RNA的纯化及检测

2．2 合成单链cDNA

2．3 基因的Real-time PCR分析

2．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 总RNA检测

3．2 矮秆基因对GA合成及信号转导相关基因的表达分析

3．3 GA生物合成途径相关基因对外源GA3处理的响应模式

3．4 GA信号转导途径相关基因对外源GA3处理的响应模式

4 讨论

4．1 矮秆基因与矮化机制

4．2 有关GA生物合成途径关键酶的研究

4．3 有关GA信号转导途径作用因子的研究

第四章 结论

参考文献

附录

英文缩写词表

致谢

作者简介

攻读硕士期间发表论文情况