小麦RPD3/HDA1基因家族的鉴定及TaHDAC-I-2b的过表达对小麦耐热性的影响

摘要

小麦是世界范围内的重要粮食作物，中国大部分小麦产区的小麦在生长发育期间均受高温影响，其产量遭到严重破坏。组蛋白去乙酰化酶是组蛋白修饰中的重要一环，是激活植物逆境胁迫响应基因的关键，其家族尤其是RPD3/HDA1亚族基因具有响应逆境胁迫的作用，也是HDAC家族最大的亚族，其在拟南芥和水稻中的研究已经足够成熟，但在小麦中的研究还刚刚起步。本研究主要包括两个内容：第一，通过生物信息学方法筛选并鉴定小麦中全部的RPD3/HDA1家族基因，完善其在高温胁迫下的数据网络，填补小麦RPD3/HDA1家族分析的空白；第二，将RPD3/HDA1家族中的TaHDAC-I-2b基因在小麦中过表达，研究该基因与小麦耐热性的关系。主要结论如下： 1．鉴定了小麦的HDAC家族基因，共筛选出60个候选基因，通过序列比对和氨基酸残基的查找最终得到了36个，全部属于RPD3/HDA1亚族，所以进一步对RPD3/HDA1亚族进行了系统化分析，根据染色体位置对其命名。结果共鉴定出4个聚类，蛋白结构表明有15个保守基序，共线性分析发现具有28对共线性关系，启动子元件分析发现该家族基因拥有与旱、冷等逆境胁迫相关的11个组别的作用元件，对逆境胁迫下的响应模式分析发现各基因在小麦不同组织和不同模式的逆境胁迫中存在着差异表达，TaHDAC-II-3a、TaHDAC-II-3b和TaHDAC-II-3d基因在叶片中的表达量与其他部位差异明显，并且在热处理后显著下调。TaHDAC-I-2a、TaHDAC-I-2b和TaHDAC-I-2d在热处理后显著上调。 2.从热胁迫响应模式图中挑选对热胁迫最敏感的TaHDAC-I-2a等6个基因，在小麦生长的12个不同时期做热胁迫处理，将其叶片作为模板对此6个基因做荧光定量试验，结果表明同一基因在不同生长时期的热处理后的表达具有差异，在灌浆期的热处理下基因的表达量上调为极显著，在同一生长时期的不同温度处理下表达也有差异，TaHDAC-I-2a、TaHDAC-I-2b和TaHDAC-I-2d在42℃处理的表达量远高于在35℃时的处理。 3.作为表观遗传的重要部分，组蛋白修饰的主要功能体现在植物对非生物胁迫的响应过程中。本试验从qRT-PCR的结果中挑选出热胁迫后表达差异最显著的TaHDAC-I-2b基因与来源于玉米的Ubi启动子结合，构建过表达载体（pUbi-HDAC）并将其转化到小麦中，在T0代筛选到8棵阳性植株，T1代筛选到57棵阳性植株，热胁迫后测定结果显示：转基因植株中TaHDAC-I-2b上调明显，耐热表型显著，转基因植株的叶绿素含量下降幅度低于野生型，脯氨酸含量上升幅度高于野生型，电导率和丙二醛含量上升幅度低于野生型。对赤霉病的侵染结果分析发现，受赤霉病侵染的转基因植株中TaHDAC-I-2b基因的表达量明显上调，抗病表型较显著，发病率低于野生型植株。以上结果说明，小麦TaHDAC-I-2b基因的过表达可能会提高小麦的耐热性和抗病性。

目录

声明

主要符号对照表

第一章 文献综述

1.2 组蛋白修饰和组蛋白去乙酰化酶家族

1.3组蛋白去乙酰化酶与高温等逆境胁迫应答

1.4高温胁迫对小麦的影响

1.5小麦转基因技术（基因枪法）

1.6 研究的目的和意义

第二章 试验材料与方法

2.2 小麦RPD3/HDA1基因家族的鉴定及其在热胁迫下的响应模式分析

2.3基因克隆

2.4 过表达载体的构建

2.5 小麦转化及验证

2.6 转基因小麦耐热性的测定

第三章 结果与分析

3.1 小麦RPD3/HDA1家族的鉴定及其对热胁迫的响应

3.2 小麦的遗传转化及耐热性的验证

第四章 讨论

4.2 小麦的遗传转化及耐热性的验证

第五章 结论

参考文献

附录A 小麦RPD3/HDA1家族基因染色体信息

附录B 小麦旱热胁迫数据表

致谢

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