论文部分内容阅读
普通小麦(Triticum aestivum L.)是由四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L.,AABB)和二倍体小麦(Aegilops tauschii L.,DD)自然杂交形成的异源六倍体小麦。它是世界上重要的作物之一。转录因子在植物发育过程中发挥重要作用。MADS-box基因是重要的转录因子,在植物生长发育方面,尤其在花器官形成中起重要作用。然而,有关小麦MADS-box基因的工作还鲜有报道。由于小麦基因组大、重复序列多,小麦MADS-box家族蛋白的综合分析也未见报道,因此我们对小麦MADS-box基因家族进行全基因组分析。在研究中,我们对六倍体小麦(中国春)中MADS-box基因的分子功能进行了详细研究。我们分析小麦、短柄草和水稻中MADS-box基因的系统进化关系,同时研究了基因结构和染色体定位。我们系统的分析六倍体小麦中MADS-box基因成员在不同组织尤其是花器官中和三种非生物胁迫下基因的表达情况,主要结果如下:1、基于最新的小麦基因组数据,我们发现在六倍体小麦中有220个MADS-box基因成员,比短柄草(57个MADS-box基因)和水稻(75个MADS-box基因)中都多很多成员。与短柄草和水稻中MADS-box基因的相似,通过序列相似性和进化关系将所有的TaMADS基因分为两个亚家族,其中类型I包含76个基因(35个Mα、24个Mβ和17个Mγ),类型II包含144个基因(123个MIKC~C和21个MIKC*)。除了FLC和AGL15成员外,大多数小麦MADS-box亚类成员数目与水稻、短柄草中的相似。我们发现:与短柄草相比,水稻和小麦基因组经历了更多的基因复制过程。2、通过基因结构比较分析,同一亚家族的大部分MADS-box基因具有类似的外显子和内含子结构。尽管如此,同一类中的一些成员也有不同的基因结构。基因结构变化上,在小麦和水稻中发现大多数复制基因的结构相似,只是在外显子和内含子的长度和分布上有些不同。与其他物种相似,小麦II类型MADS-box基因(MIKC~C和MIKC*)成员中包含有多个内含子/外显子,然而,I类型的MADS-box成员(Mα、M?和Mγ)中包含很少的内含子(1-3)或没有内含子。3、通过缺四体系对三个保守基因TaMADS6、TaMADS15和TaMADS26的染色体定位分析,显示其分别定位于6、2和7号染色体同源群上。序列分析表明这些基因的A,B,D拷贝之间高度同源;4、通过组织特异表达分析,发现同一进化分支上的成员有相似的表达,也有不同的表达。与其他禾本科MADS-box同源基因表达类型比较分析发现相近的成员也有不同的表达模型,这说明在小麦、短柄草和水稻分化以后,这些基因的功能发生不同的变化。利用RT-PCR进行表达分析,发现51个小麦MADS-box成员中有48个成员在多个组织中表达,因此表明MADS-box基因在植物发育中发挥多种功能。5、进一步检测盐、干旱和低温胁迫下的表达情况,我们发现包括I型基因在内的一些MADS-box基因参与非生物胁迫应答,这和水稻、短柄草中的I型MADS-box的功能相似。总之,我们对六倍体小麦中MADS-box基因进行了全面分析。研究表明MADS-box基因在小麦中扮演重要角色,为进一步研究六倍体小麦中MADS-box基因的功能提供有用的数据。由于MADS-box基因已经证明参与产量的形成,例如每穗籽粒数,我们的工作为未来小麦分子育种奠定基础。