小麦膨胀素基因的分离、克隆与功能鉴定

论文题目: 小麦膨胀素基因的分离、克隆与功能鉴定

论文类型: 博士论文

论文专业: 作物遗传育种

作者: 林展

导师: 孙其信,倪中福

关键词: 小麦,膨胀素基因,基因克隆,基因表达,杂种优势

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 细胞的伸长是植物组织生长的重要原因之一,而植物细胞的伸长受制于细胞壁,它在一定程度上会限制植物细胞原生质量的迅速增加。因此调节细胞壁的伸展性,重排细胞壁的动态结构,是调节组织生长的重要机制。研究表明,膨胀素基因是一种诱导细胞壁在酸性环境条件下发生松弛和不可逆伸展的细胞壁蛋白,在细胞壁的膨胀过程中起重要作用,而且广泛参与植物生长发育各个过程。目前小麦中针对膨胀素基因的研究还没有报道。本文采用简并性引物扩增及电子克隆方法,获得了3个膨胀素基因片段和18个具有ORF结构的膨胀素基因序列;在此基础上获得了17个膨胀素基因的基因组序列并对其内含子插入模式进行了分析;同时利用RT-PCR和电子表达方法对18个膨胀素基因的表达模式进行了分析;为了深入了解膨胀素基因的生物学功能,完成了小麦膨胀素基因TaEXPA1和TaEXPB2转化拟南芥的研究,以期深入了解膨胀素基因在小麦生长发育过程中的作用;利用反向PCR方法获得了基因TaEXPA15’上游未知序列,并利用软件对其进行分析,以期能深入了解膨胀素基因表达调控的机制。所得结果如下: 1) 利用简并性引物扩增和电子克隆的方法,从小麦中获得了3个膨胀素基因片段和18个具有ORF结构的膨胀素基因（TaEXPA1-TaEXPA9、TaEXPB1-TaEXPB5和TaEXPB7-TaEXPB10）,其中9个属于α-亚族,9个属于β-亚族。对这些基因的氨基酸序列进行分析,发现它们都具有典型膨胀素基因的富含半胱氨酸和色氨酸的保守区域。 2) 利用特异性引物扩增获得了17个膨胀素基因的基因组序列,并通过与拟南芥和水稻相比较,对膨胀素基因的内含子插入模式进行了分析。对水稻和拟南芥的膨胀素基因研究发现具有6个内含子插入位点（A-F）,本研究发现小麦膨胀素基因中存在已发现的4个位点（A、C、D和E）。其中不同物种各膨胀素亚族中均存在位点C和E插入位点,而插入位点D和F则只在β亚族中出现,这说明膨胀素基因可能具有一个共同的祖先,该基因具有插入位点C和E,而D和F是在β亚族分化后产生的,这可以作为鉴定β亚族基因的重要依据之一。分析还发现,插入位点A和B只出现在水稻和小麦中,为单子叶植物所特有的,很可能是单、双子叶植物分化后产生的。 3) 通过电子定位和比较基因组学的方法,将5个小麦膨胀素基因（TaEXPA5、TaEXPA7、TaEXPA9、TaEXPB2和TaEXPB9）分别初步定位在染色体2L、5L、1L和6L上。 4) 利用半定量RT-PCR和电子表达方法对小麦18个膨胀素基因在不同组织中的表达情况进行了分析。结果发现所有小麦膨胀素基因在根中均有表达,而且有7个基因在根中强烈表达,推测小麦膨胀素基因在根系建成和根的伸长过程中发挥重要作用。以与株高形成有关的第一节间分生组织为材料,对膨胀素基因在杂交组合中的表达模式进行研究,发现有4个基因在杂种中的表达量高于亲本。我们推测这种差异表达可能与小麦株高的杂种优势有关。我们还对小麦膨胀素基因对赤霉素的响应进行了研究,发现大部分基因的表达受到赤霉素的诱导后发生了改变。 5) 将TaEXPA1超量表达转化拟南芥,对转基因株系进行表型鉴定,发现与野生型和空载体对照相比,T2代植株在苗期生长加快、开花期提前、株高增加,而且这些变化在T3代植株上仍然存在。 6) 将TaEXPB2超量表达转化拟南芥,对转基因株系进行表型鉴定,发现T2代在苗期和开花期

论文目录:

摘要

Abstract

第一章文献综述

1.1 植物细胞壁研究进展

1.2 膨胀素研究进展

1.3 基因差异表达与杂种优势

1.4 立论依据和研究内容

第二章小麦膨胀素基因片段的克隆

2.1 材料方法

2.2 结果

2.3 讨论

第三章小麦膨胀素家族基因的克隆和序列分析

3.1 材料方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

第四章小麦膨胀素基因的表达模式分析

第一节小麦膨胀素基因的时空表达分析

第二节小麦膨胀素基因在杂交种和亲本间的表达

第三节小麦膨胀素基因受GA诱导表达分析

第五章小麦膨胀素基因转化拟南芥研究

5.1 材料和方法

5.2 结果分析

5.3 讨论

第六章小麦膨胀素基因TaEXPA1 5’上游序列的克隆

6.1 材料和方法

6.2 结果

6.3 讨论

第七章结论

参考文献

致谢

作者简历

发布时间: 2005-07-18

小麦膨胀素基因的分离、克隆与功能鉴定

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