小麥溫光反應(yīng)的分子生物學(xué)研究

小麥溫光反應(yīng)的分子生物學(xué)研究溫度和光照是影響小麥開花的主要環(huán)境因子,決定營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變。小麥溫光發(fā)育本質(zhì)上是小麥通過春化階段和光周期階段能夠在特定時間開花結(jié)實的特性。小麥的溫光發(fā)育特性決定了品種的適宜分布區(qū)域、引種馴化及栽培管理。本文以不同發(fā)育特性的小麥品種為實驗材料,利用春化基因的分子標記研究不同發(fā)育特性小麥品種的分布頻率,分析不同小麥品種Vrn1、Vrn2等位基因與發(fā)育表型的關(guān)系。我們利用數(shù)字表達譜分析了強春性和強冬性小麥品種在不同春化處理條件下的差異表達譜,初步分析了小麥春化作用的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本文調(diào)查了光周期對小麥品種苗穗期的影響,鑒定了小麥光敏品種寧春36和光不敏感品種遼春10號的目標基因,研究了影響小麥開花的光周期途徑關(guān)鍵基因24小時節(jié)律變化,討論了小麥光周期反應(yīng)的分子機理。主要研究結(jié)果如下：1.對國內(nèi)200份小麥品種及材料的4個春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和Vrn-B3進行等位分析及發(fā)育特性的鑒定。結(jié)果表明所有供試材料在Vrn-A1和Vrn-B3位點均為隱性。在Vrn-B1位點,200份材料中的顯性比例為18%。在Vrn-D1位點,200份材料中有83份為顯性基因,其余117份材料為隱性基因,在這83份材料中有54份為Vrn-D1a類型,29份為Vrn-D1b類型。黃淮冬麥區(qū)的品種中有38份材料為顯性基因(41.8%),53份為隱性基因(58.2%)；在117份隱性材料中,我們首次發(fā)現(xiàn)了4份材料在Vrn-D1啟動子區(qū)存在174bp類轉(zhuǎn)座子插入突變,命名為Vrn-D1c類型,其余113份為vrn-D1類型。Vrn-D1a可以作為鑒別黃淮冬麥區(qū)小麥品種冬春性的有效分子標記。2.以6份不同春化發(fā)育特性的普通小麥品種為試驗材料,通過RT-PCR技術(shù)克隆了ZCCT-A1/A2.ZCCT-B1/B2和ZCCT-D1/D2六個基因的編碼區(qū),分析了CCT保守區(qū)中43個氨基酸序列在16位、35位和39位的氨基酸突變情況。結(jié)果表明不同品種間ZCCT-A1的CCT功能域的序列存在差異,肥麥有R35W突變,遼春10號、鄭麥9023、周麥18、豫麥49-198和京841五個品種均有R39C突變；ZCCT-A2均存在R16C突變；B和D基因組均未發(fā)現(xiàn)突變。表明Vrn2基因編碼區(qū)的等位變異主要體現(xiàn)在A染色體組上,而B、D染色體組上的Vrn2基因在參試品種中都為顯性?？寺×?個品種Vrn2啟動子部分區(qū)域,ZCCT-A1啟動子存在3個SNP:ZCCT-D1啟動子也存在3個SNP；除鄭麥9023外的5個品種ZCCT-A1在啟動子上游97bp處有三個連續(xù)的TCT重復(fù)序列,而6個品種ZCCT-B1啟動子上游97bp處有2個連續(xù)的TCT序列。6個品種ZCCT-B1都缺失一個TCT,這一缺失可作為ZCCT-B1的分子標記。3.以不同春化特性的小麥品種遼春10號和京841為研究對象,分析其轉(zhuǎn)錄譜和表達譜。強冬性小麥品種京841對春化處理的反應(yīng)遠遠高于相應(yīng)的春性品種。在京841表達譜中共鑒定了14648個上調(diào)基因和15240個下調(diào)基因。對差異表達的基因進行了GO功能注釋,主要包括細胞生理過程、代謝過程、應(yīng)激反應(yīng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、離子結(jié)合活性、催化活性、轉(zhuǎn)運蛋白等多種類型。利用半定量RT-PCR和熒光實時定量法驗證了表達譜的結(jié)果。對差異表達譜的KEGG顯著性富集分析表明,春化調(diào)節(jié)表達譜主要涉及到次生代謝的生物合成、植物激素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、植物病原物互作途徑、淀粉和糖代謝等多條途徑。4.對來自全國不同生態(tài)區(qū)的15個小麥品種進行了不同光照條件下苗穗期的變化研究。結(jié)果表明不同品種的苗穗期與光照時數(shù)之間存在線性回歸關(guān)系。根據(jù)不同光照條件下的苗穗期的變異系數(shù)可以把小麥品種分為光敏和光不敏類型,全部光敏品種從抽穗到開花這段時間對于光周期的敏感性很強。春化作用和光周期反應(yīng)在大多數(shù)的品種中存在互作。在15個未經(jīng)過春化處理的品種中,12個品種在人工氣候室培養(yǎng)條件下都不能開花結(jié)實。5.選取光周期敏感品種寧春36和光周期不敏感品種遼春10號,分析穗分化各個階段對光周期的敏感性。研究結(jié)果表明,寧春36和遼春10號的光敏特性差異主要是由Ppd-D1位點決定的。在穗分化的前期,比如穗原基和單棱期,光周期敏感和不敏感品種對光周期的反應(yīng)基