小麦微营养素相关基因的QTLs作图及克隆

论文题目: 小麦微营养素相关基因的QTLs作图及克隆

论文类型: 博士论文

论文专业: 生化与分子生物学

作者: 赵永亮

导师: 贾继增

关键词: 小麦,微营养素,定位,基因克隆

文献来源: 中国农业科学院

发表年度: 2005

论文摘要: 目前,世界上超过30亿的人微营养状况不良。增加粮食作物中可被利用的微营养物质含量是公认的解决微营养缺乏的有效办法。作为世界第二大粮食作物的小麦,像其它主要粮食作物一样,微营养素的含量不高,无法满足人体的需要,因此对小麦不同品种中微营养含量进行测定分析、用QTLs定位方法研究其遗传机制并克隆重要微营养素相关基因,对于成功培育富含微营养素的小麦具有十分重要的意义。 用等离子发射光谱法和分光光度法测定分析了286份不同小麦品种中包括微量元素Fe、Cu、Zn、Mn及K、Na、Ca、Mg、和维生素C及抗氧化活性物质谷胱甘肽硫转移酶(GST)、谷光苷肽过氧化物酶(GSHP)、还原型谷光苷肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷光苷肽还原酶(GR)、总抗氧化态(TAS)等在内的15种微营养素的含量和部分种子性状。15种微营养素相关性状的数据分布大致可分为三类:第一类是典型的正态分布,如GSHP、GSH;第二类是偏正态分布,如GST、Vc、SOD、TAS、K、Zn、Na、千粒重等;第三类是非正态分布,如Ca、Cu、Fe、Mg、Mn等。值得一提的是Ca的次数分布呈成双峰型,与其它任何观察值的分布情况都不同。一般认为,数据呈正态分布的性状是典型的数量性状,有利于QTL定位。微量元素的含量在286份小麦种子中的变化幅度不大,高极值和低极值的倍数在3.20到1.43之间,差异最大的是Na、达3.20倍,其次是Zn和Cu,分别相差2.23倍和2.13倍,Mn的相差倍数最小,为1.43。抗氧化活性物质的含量差异变化比较大,含量差异倍数在13.97-1.34倍之间。V_C含量相差倍数最多,达13.97倍;其次是GST和GSHP,相差倍数分别为9.12和6.13;SOD含量相差倍数最少,只有1.34。有些材料如大拇指矮、Pm16、Pm19、平阳181、南大2419等,同时拥有两种或两种以上微营养素含量的最高值或最低值。小麦种子性状与微营养素的含量有较多的负相关。不同的抗氧化活性物质之间存在较多的相关性,不同的微量元素之间也存在较多的相关性,但这两大类物质间的相关性较小,提示这两大类微营养物质的种子储藏机制也有两类,这两类储藏机制的交叉点可能不多。根据微营养素的含量和种子性状把具有相似遗传背景的材料聚在一起,即可看出这些性状虽然受环境的影响,但是遗传因素还是主要的。 用国际小麦作图群体对包括8种微量元素、2两种维生素(V_C、V_E)、6种抗氧化活性物质及直链淀粉、总淀粉在内的18个与小麦种子中微营养含量相关的性状及部分种子性状进行加性QTL和上位QTL分析,共检测到与小麦种子中的微量元素和抗氧化活性物质含量相关的加性QTL18个,上位QTL15对。目前未见与小麦种子中微营养素和抗氧化活性物质含量相关QTL定位的报道,因此,这些OTL位点为我们首次定位的新位点。与小麦种子中微营养素相关的QTL位点在染色体上的分布是不均匀的,位于2D长臂上的Xfbb377-Xfbcd410区段存在一个影响小麦种子中SOD含量的上位QTL位点和一个与小麦种子中总抗氧化态相关的加性QTL位点。Neuman and Hart(1986)将SOD定位在2A,2B和2D上。SOD是抗氧化活性物质之一,所以,此二位点的重合加上Neuman and Hart的研究结果,我们认为此区段包含有影响小麦种子中SOD含量的基因。在6AL上的Xpsr463-Xpsr915区域包含一个影响小麦种子中V_E含量的上位QTL位点和一个与小麦种子中V_C含量相关的加性QTL。另外,在2B染色体上两个影响小麦籽粒中V_C含量

论文目录:

第一章 绪论

1.1 人体所需的微营养成分

1.1.1 人体所需的营养成分

1.1.2 微营养素及人类缺乏状况

1.1.3 微营养素概念的发展

1.1.4 几种重要的微营养素的作用及其缺乏症

1.1.5 生物强化与营养基因组学——解决微营养不良问题的有效途径

1.2 小麦在我国的药用历史及应用

1.3 植物中几个重要的微营养相关基因研究进展

1.3.1 铁结合蛋白

1.3.2 锌转运子

1.4 数量性状基因定位方法及其应用

1.4.1 数量性状遗传研究历史

1.4.2 QTL定位策略

1.4.3 QTL定位的统计分析方法

1.4.4 QTL定位的应用

1.4.5 主要作物籽粒中微营养素含量QTLs研究进展

1.5 基于植物功能基因组学的基因发掘和功能验证

1.5.1 结构基因组学与功能基因组学

1.5.2 植物功能基因组学

1.5.3 基于植物基因组学的新基因发掘

1.5.4 植物基因功能研究方法

1.6 本研究的内容、意义和所采取的技术路线

1.6.1 研究内容和意义

1.6.2 技术路线

第二章 主要小麦栽培品种中微营养成分含量及部分重要种子性状的测定及分析

2.1 材料与方法

2.1.1 材料

2.1.2 方法

2.2 结果与分析

2.2.1 数据基本统计分析

2.2.2 相关性分析

2.2.3聚类分析

2.3 讨论

2.3.1 微营养成分在小麦中的含量

2.3.2 拥有极高值和极低值材料的利用价值

2.3.3 相关性

第三章 小麦微营养素相关基因的QTL定位及分析

3.1 材料与方法

3.1.1 植物材料

3.1.2 目标性状的测定

3.1.3 连锁图谱的构建

3.1.4 QTL分析

3.2 结果与分析

3.2.1 维生素和抗氧化活性物质的QTLs

3.2.2 微量元素的QTL分析

3.3.3 与小麦种子中与总淀粉和直链淀粉含量相关的QTL位点

3.3.4 影响籽粒性状的QTLs

3.3 讨论

3.3.1 与小麦种子中微营养素含量相关的QTL新位点

3.3.2 与小麦种子性状相关的QTL位点

3.3.3 QTL位点的成簇分布

3.3.4 QTL位点在整个基因组上的分布

第四章 小麦中转铁蛋白基因的克隆、多态及功能研究

4.1 材料与方法

4.1.1 材料

4.1.2 方法

4.2 结果与分析

4.2.1 小麦中转铁蛋白基因的克隆

4.2.2 拷贝数验证

4.2.3 Ferritin在种子发育时期的表达谱

4.2.4 Fssr片段在小麦材料之间扩增的多态及其与小麦种子中铁含量的相关性

4.3 讨论

4.3.1 电子延伸与引物设计策略

4.3.2 EST-SSR在验证基因功能中的作用

第五章 小麦中谷胱甘肽硫转移酶基因的克隆、多态及定位

5.1 材料与方法

5.1.1 材料

5.1.2 方法

5.2 结果与分析

5.2.1 引物设计与基因克隆

5.2.2 GST在种子发育时期的表达谱

5.2.3 拷贝数验证

5.2.4 GST序列在小麦不同品种及基因组供体材料之间序列的多态性

5.2.5 GST内含子扩增片段在不同小麦品种及不同基因组材料之间的多态性和染色体定位

5.3 讨论

5.3.1 GST在小麦基因组中的拷贝数与染色体定位

5.3.2 多拷贝基因序列多态性检测的新思路

第六章 小麦中锌转运蛋白基因的克隆、多态性及功能研究

6.1 材料与方法

6.2 结果与分析

6.2.1 基因的克隆与各材料之间序列的多态性

6.2.2 Southern杂交结果

6.2.3 Zip在种子发育时期的表达

6.2.4 Zip在不同小麦品种之间序列的多态性及其与小麦种子中锌含量的相关性

6.2.5 Zip的SSR片段在不同小麦品种及不同基因组材料之间扩增的多态性

6.3 讨论

6.3.1 Zip基因家族中的基因与其在基因组中的拷贝数

6.3.2 Zip基因组DNA序列的插入和缺失与小麦种子中锌含量的相关性

6.3.3 Zip基因在小麦不同品种及近缘野生种中的保守性及其所蕴含的生命意义

第七章 小麦中直链淀粉和总淀粉含量测定方法的研究

7.1 材料和方法

7.1.1 实验材料

7.1.2 实验仪器

7.1.3 试剂

7.1.4 实验方法

7.2 结果与分析

7.2.1 标准曲线绘制结果

7.2.3 微量称量样品的实验结果

7.2.4 碱溶时间与温度的确定结果

7.2.5 微量方法测定结果

7.2.6 微量测定方法总淀粉含量与国标法测定结果的比较

7.3 讨论

第八章 全文结论

8.1 286份小麦种子中微营养成分含量及种子性状的测定分析

8.2 小麦微营养素相关基因的QTL定位及分析

8.3 小麦中转铁蛋白基因的克隆、多态性及其功能

8.4 谷胱甘肽硫转移酶基因的克隆、多态性及染色体定位

8.5 小麦中锌转运蛋白基因的克隆、多态性及功能

8.6 同时测定小麦中直链淀粉和总淀粉含量测定方法的研究

参考文献

附表一 主要小麦栽培品种中微营养素含量及部分重要种子性状

附录一 登录在GENEBANK中的FERRITIN序列

附录二 登录在GENEBANK中的ZIP序列

附录三 几种主要溶液的配方

致谢

作者简历

发布时间: 2005-09-05

参考文献

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• [4].建国以来山东省小麦品种的遗传多样性分析[D]. 王江春.山东农业大学2006
• [5].夏繁用于构建小麦遗传群体的可行性及1BL/1RS易位系影响高分子量谷蛋白亚基遗传的研究[D]. 耿惠敏.四川农业大学2007
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