论文题目: 小麦籽粒PPO活性分子标记及面粉黄色素相关基因研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 作物遗传育种
作者: 孙道杰
导师: 王辉,何中虎,夏先春
关键词: 普通小麦,面制品颜色,籽粒,活性,黄色素,分子标记
文献来源: 西北农林科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 常规育种与分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)相结合是提高育种效率的重要手段。研究开发可靠实用的分子标记是开展标记辅助选择的前提。本研究主要针对影响面条颜色的小麦籽粒多酚氧化酶(PPO)活性进行研究,开发PPO 活性的分子标记,同时针对面粉黄色素含量相关基因进行初步研究,以期促进小麦面粉颜色性状的遗传改良。主要结果如下: 1. 小麦籽粒PPO活性SSR标记Xgwm312 的验证选用来自4 个麦区的203 份冬小麦品种,验证SSR(simple sequence repeat)引物Xgwm312 的PCR 扩增片段的多态性与籽粒PPO 活性的关系。结果表明,198bp 扩增片段的有无同籽粒PPO 活性大小密切相关,该片段的出现通常意味着籽粒PPO 活性较高。Xgwm312 可应用于籽粒PPO 活性的分子标记辅助育种,但该标记应用成本较高,技术程序比较复杂。2. 小麦籽粒PPO 活性STS 新标记的开发和实用性验证根据PPO 基因的ESTs 序列设计引物,使其PCR 产物基本涵盖PPO 基因的大部分区段,用PPO 活性差异较大的两组材料基因组DNA作为模版,进行PCR 扩增并检测产物,以期找到两组材料在PPO基因DNA 序列的差异,籍此开发PPO 活性功能标记。结果表明,引物PPO18 扩增产物的电泳带型在两组材料间存在明显差异,因为PPO18 所扩增的是PPO 基因序列中的一段,所以这种扩增片段的差异也应是PPO 基因序列间的差异。对扩增产物进行DNA测序和序列分析比较发现,该标记在高PPO 活性的材料中均扩增出685 bp 片段,在低PPO 活性的材料中都扩增出876 bp 片段,相差191 bp(876–685);在所扩增的这段PPO基因序列中存在两个内含子(内含子I 和内含子II),其中内含子I 在不同PPO 活性的材料间存在191 bp 的DNA序列长度差异,与扩增片段的长度差异相吻合;在所扩增的PPO 基因序列外显子区段,不同PPO 活性的材料之间存在两个单核苷酸多态性(SNP)。因此推测在PPO 活性低的材料中,PPO 基因内含子I 中这段191-bp 的DNA片段插入可能影响了基因的表达,从而降低了PPO 活性;或者是导致遗传密码改变的单核苷酸多态性(SNP)影响了表达的蛋白产物的酶活性。另外还发现了小麦PPO 基因内含子II为‘GC-AG’型内含子,不同于内含子的‘GT-AG’典型特征,这在高等植物中尚属首次报道。使用中优9507/CA9632 DH 群体和一套中国春的非整倍体材料,将PPO18 及其所标记的PPO 基因定位到2AL 染色体上,该标记解释PPO 活性表型变异的44%。用来自不同冬麦区的233 份品种(系)检测该标记与PPO 活性的相关性,证实该标记是共显性、可靠、简便、实用的功能标记,可以应用于标记辅助选择。3. 小麦八氢番茄红素合成酶(PSY)基因和脂肪氧化酶(LOX)基因染色体定位和部分序列的种间比较根据玉米PSY 基因序列设计引物,扩增出小麦PSY 基因的部分
论文目录:
第一章 文献综述
1.1 面粉颜色的指标
1.2 面粉颜色形成的原因
1.2.1 小麦籽粒中的天然色素
1.2.2 面粉中无色前体物质通过酶促褐变形成有色物质
1.2.3 通过非酶促褐变形成有色物质
1.2.4 蛋白质含量和硬度等品质性状的影响
1.2.5 加工工艺引起的颜色变化
1.3 PPO 研究进展
1.3.1 性质与作用机理
1.3.2 生理功能
1.3.3 测定方法
1.3.4 遗传研究
1.3.5 影响小麦 PPO 活性的因素
1.4 籽粒黄色素研究进展
1.4.1 生化特性和生理功能
1.4.2 测定方法
1.4.3 黄色素的遗传
1.4.4 氧化酶对黄色素含量的影响
1.5 小麦分子标记辅助选择的研究与应用
1.5.1 分子标记类型、原理与特点
1.5.2 影响 MAS 的因素
1.6 研究内容和意义
第二章 PPO 活性 SSR 标记 Xgwm312 的应用与实用性评价
2.1 材料和方法
2.1.1 供试材料
2.1.2 PPO 活性的测量
2.1.3 小麦基因组 DNA 的提取
2.1.4 SSR(simple sequence repeat)引物
2.1.5 SSR 标记检测
2.2 结果与分析
2.2.1 小麦品种(系)籽粒 PPO 活性的遗传变异
2.2.2 SSR 引物 Xgwm312 PCR 扩增产物带型在品种(系)间的多态性
2.2.3 带型与品种(系)籽粒 PPO 活性间的关系
2.3 讨论
第三章 PPO 活性 STS 新标记的开发及其 MAS 的实用性验证与评价
3.1 材料和方法
3.1.1 植物材料与田间试验
3.1.2 PPO 活性测定
3.1.3 STS 分子标记开发
3.1.4 对新开发的标记进行染色体定位研究
3.1.5 数据统计分析
3.2 结果与分析
3.2.1 引物的 PCR 扩增及电泳检测结果
3.2.2 PPO18 扩增产物序列测定与比较
3.2.3 PPO18 及其相应的 PPO 基因染色体定位
3.2.4 小麦籽粒PPO 活性的STS 标记PPO18 的可靠性检验
3.3 讨论
3.3.1 造成 PPO 活性差异的可能分子机理
3.3.2 PPO18 及其所标记的PPO 基因的染色体定位
3.3.3 新标记 PPO18 与标记辅助选择
第四章 籽粒黄色素相关基因的研究
4.1 材料与方法
4.1.1 植物材料
4.1.2 引物设计
4.1.3 基因组 DNA 提取与引物的 PCR 扩增、检测和测序
4.1.4 不同作物的扩增序列(基因序列的一部分)同源性比较
4.1.5 应用非整倍体系进行标记定位
4.2 结果与分析
4.2.1 玉米和小麦 PSY(八氢番茄红素合成酶)基因部分 DNA 序列比较
4.2.2 玉米和小麦 PSY(八氢番茄红素合成酶)部分氨基酸序列比较
4.2.3 对小麦 PSY 基因进行初步的染色体定位
4.2.4 大麦、玉米、水稻和小麦的脂肪氧化酶基因部分序列比较
4.2.5 大麦、玉米、水稻和小麦 LOX 部分氨基酸序列比较
4.2.6 对小麦 LOX 基因进行初步的染色体定位
4.3 讨论
结束语
致谢
参考文献
附录
附录1:2002-2003 年度233 份冬麦品种(系)PPO 活性及STS 引物PPO18 扩增带型统计表
附录2:小麦PPO 基因EST克隆‘AY596268’序列和引物PPO18 的退火结合位点示意图
附录3:PPO18 扩增产物序列与 AY596268 序列的比较
附录4:玉米 PSY(Y1)基因序列(GenBank 编号:ZMU32636)
附录5:大麦脂肪氧化酶(LOX)基因序列(GenBank 编号:ZMU32636)
作者简介
发布时间: 2005-12-22
参考文献
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