论文摘要
小麦是世界上重要的粮食作物，提高其营养品质是小麦遗传育种研究的重要课题。类胡萝卜素是维生素A的前体，维生素A的缺乏可导致夜盲症、白内障等眼部疾病，甚至于完全失明，还会加剧腹泻、呼吸疾病、儿童麻疹等，但普通小麦中类胡萝卜素含量相对较低（3μg／g以下）。本文以小麦类胡萝卜素生物合成关键酶（八氢番茄红素合成酶PSY、八氢番茄红素脱氢酶PDS和ζ-胡萝卜素脱氢酶ZDS）的EST序列为切入点，采用分子生物学方法分离基因的cDNA全长序列，检测分析基因的表达特性，在此基础上利用转基因方法鉴定基因的功能，并探讨提高小麦类胡萝卜素含量的基因工程新途径；获得以下主要结论：（1）采用RACE技术，首次从普通小麦中分离获得类胡萝卜素合成途径中两个重要脱氢酶基因TaPDS和TaZDS的cDNA全序列；同时，采用同源序列分离法，获得了小麦PSY基因的完整编码区序列。通过RT-PCR半定量法检测分析了PSY、PDS和ZDS基因的表达特性，发现三者在富含叶绿体、质体的光合作用器官中高水平表达，而在非光合作用的种子中表达较弱。首次证实了普通小麦种子中存在类胡萝卜素的代谢途径，且种子中类胡萝卜素含量较低，为提高种子类胡萝卜素含量的基因工程改良研究提供了理论基础。（2）应用“最小基因表达框”的小麦转基因技术，利用小麦胚乳特异性强启动子和广谱性启动子分别驱动玉米的八氢番茄红素合成酶PSY1基因、欧文氏菌胡萝卜素脱氢酶CrtI基因在小麦中超量表达，获得转基因植株，转基因种子中类胡萝卜素含量约由0.5μg／g提高到3.8～4.9μg／g；首次鉴定了玉米PSY1基因和细菌CrtI基因在小麦中的功能，并且表明应用转基因技术提高类胡萝卜素含量的可行性。（3）完善了“基因最小表达框”基因枪法小麦转基因技术体系，转化率达到0.7％，与常规转基因技术的转化率相一致，为进一步建立安全性转基因技术体系奠定了良好基础。本文在类胡萝卜素代谢途径关键酶基因分离和功能分析的基础上，采用转基因技术提高了小麦种子类胡萝卜素含量，对于深入理解小麦类胡萝卜素合成的分子生物学基础和提高小麦营养品质的育种实践都具有一定意义。
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