小麦抗叶锈病基因Lr1的分子进化

论文摘要

小麦作为人类重要的粮食作物受到多种病害的侵袭,叶锈病是其生产上的主要病害之一,传播范围广,发生区域大。它的流行将导致小麦严重的减产和品质下降。利用植物本身的抗病基因控制叶锈病的流行,是一种最经济、有效和最安全的措施,然而自然环境与人工栽培的双重选择压力加速了植物抗病基因与病原体无毒基因间的共进化过程,常常导致原有抗病基因的快速进化或丢失,因此,探索植物抗病基因进化的分子机制显得尤为重要。本研究利用与小麦抗叶锈病基因Lrl共分离的分子标记WR003筛选了来自世界各地的128份山羊草品系和283份六倍体小麦品种（包括262份六倍体小麦微核心种质）,并通过PCR克隆测序获得了42个Lrl等位基因和6个Lrl同源基因的全长序列,随后利用DNAMAN和Clustal W进行Lrl等位基因和同源基因间核酸水平和蛋白水平的序列比对,并利用程序MEGA4.0.1采用neighbor-joining（NJ）方法构建系统发生树,对小麦抗叶锈病基因Lrl进行分子进化生物学方面的研究,结果表明:1.六倍体小麦抗叶锈病基因Lrl起源于二倍体粗山羊草,并且在其进化为六倍体小麦之前就已分化出抗病和感病两种基因型,所以六倍体小麦的Lrl至少有两个起源。2.Lrl感病基因型和抗病基因型的分离主要体现在一个570 bp的变异区内（在第2479-3048碱基之间,对应于第827-1017氨基酸）,在该变异区内除两处点突变外具有相同抗性的山羊草品系和六倍体小麦品种的核酸序列完全相同,说明在山羊草进化为六倍体小麦的过程中该区域几乎没有发生过遗传重组和基因转换。3.在此变异区两侧的相对保守区共有21个点突变,其中有9个同义碱基突变,12个非同义碱基突变,这些点突变并非发生在抗感基因型之间,而是发生在具有相同抗性基因型的山羊草与山羊草或山羊草与六倍体小麦之间。4.发生在感病粗山羊草与六倍体小麦之间的点突变只有一个（在2460bp处,为同义碱基突变）;发生在抗病粗山羊草与六倍体小麦之间的点突变为9个（2个同义碱基突变,7个非同义碱基突变）,其中1个点突变发生在570bp的变异区内,8个点突变发生在该变异区两侧的相对保守区。5.Lrl等位基因序列中的LRR编码区内串联排列着14个同义碱基突变和51个非同义碱基突变,Ka（非同义碱基突变率）╱Ks（同义碱基突变率）＞1,说明该区域经受着岐化选择的作用,这也与前人报道的该区域为配基结合部位、控制着抗病基因的特异性相吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1.1 植物抗病基因的结构、功能及其作用机理
• 1.1.1 抗病基因的类型结构和功能
• 1.1.2 NBS-LRR抗病基因的序列结构特点
• 1.1.3 抗病基因的作用机理
• 1.2 植物抗病基因的进化
• 1.2.1 植物抗病基因与病原物无毒基因的共进化
• 1.2.2 自然环境和人工栽培对抗病基因进化的影响
• 1.2.3 植物抗病基因进化的分子机制
• 1.2.4 NBS-LRR抗病基因的系统演化和进化
• 1.3 小麦基因组及其进化的研究
• 1.4 小麦叶锈病的研究概况
• 1.4.1 小麦叶锈病在国内外的发生及危害
• 1.4.2 小麦叶锈病的致病流行机制
• 1.4.3 小麦抗叶锈病基因的研究概况
• 1.4.4 小麦抗叶锈病基因Lr1的研究概况
• 1.5 研究意义和目标
• 第二部分 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 常用的分子生物学实验试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 山羊草和小麦基因组DNA的微量提取
• 2.2.2 DNA浓度的测定
• 2.2.3 普通质粒DNA的小量提取
• 2.2.4 热激大肠杆菌感受态细胞的制备
• 2.2.5 引物设计
• 2.2.6 DNA片段的获得
• 2.2.7 DNA片段的回收纯化
• 2.2.8 DNA片段与载体的连接
• 2.2.9 热激转化大肠杆菌感受态
• 2.2.10 重组克隆的筛选
• 2.2.11 DNA测序和序列处理
• 2.2.12 序列分析和系统发生树的构建
• 第三部分 结果与分析
• 3.1 含有 Lr1基因材料的筛选
• 3.2 WR003-PCR扩增片断的BglⅡ酶切带型分析
• 3.3 WR003的等位序列比对
• 3.4 Lr1等位基因的分离
• 3.5 Lr1等位基因的序列比对和系统发生树分析
• 第四部分 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 硕士期间发表的论文目录