小麦TaPSKR12基因分子标记开发和功能解析

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laofei
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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上主要的粮食作物之一,为35%以上的人口提供了约20%的总热量和蛋白质,对全球粮食和营养安全至关重要。与传统的育种方式相比,分子辅助育种有着巨大的潜力。因此,探索小麦籽粒发育的调控基因,解析其调控机理具有重要的理论及应用价值。植物磺肽素受体(Phytosulfokine Receptor,PSKR)是一种富含亮氨酸重复类受体激酶(Leucine-rich repeat receptor-like kinases,LRR-RLK)家族蛋白,在植物生长发育和逆境胁迫响应中具有重要的作用。本研究基于生物信息学方法,在全基因组上分析小麦Ta PSKRs家族成员,对其理化性质、共线性、启动子顺式作用元件和表达模式进行分析;以晋麦47为实验材料,设计特异引物扩增目的基因Ta PSKR12,基于单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)位点开发分子标记,并与籽粒性状进行关联分析;利用激光共聚焦显微镜观察烟草叶片中Ta PSKR12基因的瞬时表达情况;构建Ta PSKR12过表达载体,分析转基因拟南芥的籽粒表型及非生物胁迫耐受性,最终揭示Ta PSKR12基因调控植物籽粒发育及胁迫耐受性的分子机理。主要研究结果如下:(1)基于生物信息学工具,在全基因水平上共鉴定出31个Ta PSKRs基因家族成员。共线性结果分析发现,片段复制和串联重复是Ta PSKRs家族扩张的主要原因。顺式作用元件分析表明,Ta PSKRs启动子区包含激素调控、逆境胁迫、光胁迫以及生长发育相关的顺式作用元件。RNA-Seq和q RT-PCR分析结果表明,小麦Ta PSKRs基因主要在根中高表达,且在盐和干旱胁迫条件下均受到不同程度的转录表达调控。(2)对Ta PSKRs家族成员Ta PSKR12基因进行序列多态性分析发现,Ta PSKR12编码区存在11个SNP位点。基于Ta PSKR12基因中的SNP位点(1121 bp-G/A)开发分子标记。关联分析结果表明,Ta PSKR12基因在小麦自然群体中存在2种主要单倍型,分别为Ta PSKR12-Hap-1和Ta PSKR12-Hap-2。其中单倍型Ta PSKR12-Hap-1是增加千粒重(Thousand Grain Weight,TGW)和粒长(Grain Length,GL)的优异单倍型。根据时空分布分析发现,单倍型Ta PSKR12-Hap-1在小麦育种进程中得到正向选择。(3)利用同源重组的方法构建p CEGFP-Ta PSKR12表达载体,激光共聚焦观察烟草叶片中Ta PSKR12-YFP融合蛋白瞬时表达,结果发现Ta PSKR12主要定位在细胞质膜上。(4)构建p Earleygate104-Ta PSKR12超表达载体,利用农杆菌介导的方法将目的基因遗传转化至拟南芥,获得Ta PSKR12稳定表达的转基因拟南芥株系。表型分析发现,异源表达Ta PSKR12增加了转基因拟南芥种子的大小和TGW。在逆境胁迫条件下,转基因拟南芥侧根数目增加、脯氨酸含量提高、耐旱性增强。
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