人工合成小麦—黑麦双二倍体贮藏蛋白表达和白粉病抗性鉴定研究

论文摘要

多倍体化在植物的物种形成过程中起着重要的作用。据估计,至少有50%甚至超过70%的被子植物在其进化过程中经历了一次或多次多倍体化事件。小麦是异源六倍体,对于近缘种属的染色体进入细胞核的耐受力很强,远缘杂交较为容易。人工合成小麦和小麦近缘种属材料的异源多倍体,不仅可以作为育种的种质资源,成为生产上应用的品种,同时是研究基因组相互作用,基因组进化,表观遗传的重要材料。贮藏蛋白是小麦籽粒的的重要组成部分,和小麦的品质紧密相关。前人已对小麦籽粒贮藏蛋白的基因位点和表达作了较深入的研究。同时黑麦也是小麦抗白粉病的重要来源,利用构建双二倍体来引入黑麦抗性基因是重要的育种手段。本次研究利用GISH、SDS—PAGE和A—PAGE鉴定了两套人工合成的小麦(绵阳11、中国春)和黑麦(AR106BONE)异源双二倍体(CA、MA),并对其籽粒贮藏蛋白表达情况和抗白粉病情况进行分析。研究结果如下:1.经GISH鉴定两套共20个籽粒根尖细胞在减数分裂中期的染色体数均为2n=56,其中14条有明显的黑麦杂交信号。SDS—PAGE和A—PAGE鉴定也证明这些异源多倍体和前人研究的小黑麦异源多倍体有很多相似的性状:表达双亲中的大多数条带和倾母性遗传。说明人工合成小麦—黑麦异源双二倍体成功。2.几个材料在远缘杂交和染色体加倍后发生了遗传变异,既有亲本蛋白条带在子代中的缺失也有不同于亲本条带的新蛋白条带在子代中的表达。其中黑麦的迁移率较慢的条带在两套材料中都没有表达,CA材料中的中国春的亚基2没有出现,而在在亚基7上下分别表达了至少2个新亚基。在MA材料中母本绵阳11的条带全部表达。说明两套不同小麦背景的材料在和相同的黑麦构成的异源双二倍体中的作用方式不相同。3.HMW—GS和醇溶蛋白在后代遗传稳定性上有较大差异。在20个材料的HMW—GS组成分析中发现所有的材料表现一致,而在醇溶蛋白组成上后代的变化却很丰富。意味着在遗传稳定性上HMW—GS可能大于醇溶蛋白。两套材料中醇溶蛋白的多态性CA小于MA,可能意味着中国春接纳外源染色体的能力更强,远缘杂交合成异源多倍体更容易。4.在黑麦AR套袋自交多代后发现其醇溶蛋白缺失了黑麦碱蛋白条带。而在以它为亲本的后代中,发现有Sec—1全部表达、部分表达、完全不表达几种类型。这可能表明:黑麦AR的1R染色体上的Sec—1位点上发生了异常的变化,在异源多倍体中Sec—1的表达调控原理的研究应得到重视。5.通过田间自然诱发白粉病鉴定发现,两套双二倍体均表达了来自黑麦的抗病基因,对白粉病表现为高抗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1 异源多倍体的研究进展
• 1.1 异源多倍体的基因组结构变异
• 1.2 异源多倍体的基因表达变化
• 1.2.1 基因沉默
• 1.2.2 分化并执行新功能
• 1.3 异源多倍化在小麦育种中的应用
• 2.HMW-GS和醇溶蛋白基因定位及遗传行为研究
• 2.1 HMW-GS基因定位和遗传行为研究
• 2.2 醇溶蛋白的基因定位及遗传行为研究
• 2.2.1 醇溶蛋白的基因定位
• 2.2.2 醇溶蛋白的遗传多态性
• 3 本研究的目的与意义
• 材料和方法
• 1 实验材料
• 2 实验方法
• 2.1 HMW-GS组分的常规电泳分析
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂及溶液配制
• 2.1.3 谷蛋白的提取
• 2.1.4 SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 2.2 醇溶蛋白组分分析
• 2.2.1 主要仪器
• 2.2.2 主要试剂及溶液配制
• 2.2.3 醇溶蛋白的提取
• 2.2.4 A-PAGE电泳
• 2.3 基因组DNA的提取
• 2.4 基因组原位杂交（GISH）
• 2.4.1 封闭DNA的制备
• 2.5 标记探针
• 2.6 探针与染色体的杂交
• 2.7 杂交信号检测
• 3. 白粉病抗性鉴定
• 结果分析
• 1.GISH分析
• 2.HMW-GS组成分析
• 3.醇溶蛋白组成分析
• 4.白粉病抗性鉴定
• 讨论
• 1. 异源双二倍体中HMW-GS和醇溶蛋白变异分析
• 2. 不同小麦遗传背景下黑麦基因组作用方式不一致
• 3. HWM-GS和醇溶蛋白在后代遗传稳定性上的差异
• 4. 黑麦碱表达变化的几个有意思的现象
• 5. 抗病基因在双二倍体中的表达
• 参考文献
• 致谢