【摘 要】
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小麦是主要粮食作物之一,对保障我国粮食安全和市场需求具有重要作用。气孔是植物表面由保卫细胞围成的小孔,控制二氧化碳吸收和水分散失。小麦气孔如果发育异常,出现副卫细胞缺失、冗余,或保卫细胞畸形等,都将影响气孔的开放或关闭,影响光合作用和蒸腾作用等生物学过程,进而导致小麦生物产量和经济产量的降低。本研究通过对小麦不同品种(系)下表皮气孔的调查,发现轮选987(LX987)的第1叶异常气孔比例,显著高于
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小麦是主要粮食作物之一,对保障我国粮食安全和市场需求具有重要作用。气孔是植物表面由保卫细胞围成的小孔,控制二氧化碳吸收和水分散失。小麦气孔如果发育异常,出现副卫细胞缺失、冗余,或保卫细胞畸形等,都将影响气孔的开放或关闭,影响光合作用和蒸腾作用等生物学过程,进而导致小麦生物产量和经济产量的降低。本研究通过对小麦不同品种(系)下表皮气孔的调查,发现轮选987(LX987)的第1叶异常气孔比例,显著高于中国春(CS)第1叶;轮选987的第1叶异常气孔比例,显著高于第2叶。为解析异常气孔发育的分子机制,对这两组样品进行转录组测序分析。结果表明,CS和LX987第1叶共有显著差异基因15818个;LX987第1叶和第2叶共得到显著差异基因22123个。两组样品中,分别有10761个和16568个注释基因进行了富集,发现了差异基因在生物过程、细胞组分和分子功能上的分布情况。经直系同源分析方法,对小麦中可能参与气孔发育的基因与两组样品转录组测序得到显著差异基因做交集分析,确定了参与气孔发育的差异基因分别为25个和57个。其中第1组中20个为下调表达,5个基因为上调表达;第2组中28个为下调表达,29个基因为上调表达。两组数据共有基因8个,因而总的差异基因数是74个。对74个基因的蛋白氨基酸序列的相似性进行聚类分析,发现可以分为4个大的类群。筛选出的74个差异基因,在蛋白质结构域中共有26种保守结构域。目前已完成对17个基因表达模式的验证,并通过RNA原位杂交分析,证明TaBIN2在气孔中表达。本研究构建了3个候选基因的过表达载体:pK7FWG2.0-TaGDPDL3/4-7、pK7FWG2.0-TaBIN2、pK7FWG2.0-TaBIN1-8。通过农杆菌介导法将表达载体导入拟南芥中获得转基因拟南芥,可以验证基因对气孔发育的作用,为深入解析小麦异常气孔发育的分子调控网络奠定基础。
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