乌拉尔图小麦储藏蛋白基因的组成及其表达调控研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linqingxia15
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籽粒储藏蛋白(Seed storage protein,SSP)赋予面团黏弹特性从而使得面粉可以被加工成丰富多样的美食。从祖先种导入优异的SSP基因及其等位变异以及提高SSP基因的表达量都可以提高普通小麦的面粉加工品质。乌拉尔图小麦是普通小麦A基因组的供体,相对简单的基因组使其可以作为小麦基因鉴定和功能研究的模式材料。本研究利用小麦低分子量麦谷蛋白(Low-molecular-weight glutenin subunit,LMW-GS)基因分子标记系统和全长基因克隆体系解析了来自“新月沃地”157份乌拉尔图小麦LMW-GS基因的组成和等位变异,并用蛋白质组学的方法验证了它们的表达。另外,通过共表达分析在乌拉尔图小麦G1812(PI428198)灌浆期的胚乳中鉴定和SSP基因具有相近表达模式的转录因子(Transcription factor,TF)基因,并对这些TF的功能进行验证。  在乌拉尔图小麦群体中共鉴定了8个LMW-GS基因,其中4个m类(TuA3-385、TuA3-391、TuA3-397和TuA3-400)、3个i类(TuA3-502、TuA3-538和TuA3-576)和1个s类(TuA3-460)基因,TuA3-460是第一个在小麦A基因组中鉴定到的s类基因。每个基因有2-11种等位变异,在乌拉尔图小麦群体中形成15种基因型(U1-U15)。单份材料有6-7个LMW-GS基因,蛋白质组学的方法验证其中有1-4个是表达的,且表达的多为i类基因。土耳其的东南部包括了绝大多数的LMW-GS基因等位变异和基因型,其可能是乌拉尔图小麦的多样性中心。鉴于接近的基因组成,U15可能是普通小麦A基因组的供体基因型之一。  通过对G1812灌浆期胚乳的转录组分析,其表达的22个SSP基因的转录都起始于花后5d,在花后10-15d达到高峰并随后快速下降。通过共表达分析鉴定了30类共86个TF与SSP基因具有相近的表达模式。小麦原生质体细胞共转化和胚乳的共轰击表明TuNAC1、Tu GAMYB和TuWPBF促进SSP基因启动子的活性,而TuMYB1、TuNAC2和TubZIP1抑制SSP基因启动子的活性,这是目前为止首次鉴定的抑制SSP基因表达的TF。其中,TuNAC1亚细胞定位于细胞核,其结合于SSP基因启动子区的顺式作用元件5-TTGTGTTG-3。胚乳的过表达实验和双荧光素酶报告基因系统的检测都证明了TuNA C1在普通小麦中的同源基因TaNA C1能上调SSP基因的表达,且以TaNA C-B1拷贝的强度最大。拟南芥转基因的结果也表明TuNAC1上调未成熟种子中所有SSP基因的表达并最终提高成熟种子储藏蛋白的含量。TuNAC1还和抑制SSP基因表达的TuMYB1和TuNAC2以及不直接调控SSP基因表达的TubZIP10互作,且这些互作影响了其对SSP基因的调控强度。  鉴于较普通小麦A基因组LMW-GS基因更多的基因数目、等位变异和表达基因数目,乌拉尔图小麦可以做为普通小麦品质改良的遗传资源。另外,本研究鉴定的6个TF也将可以通过增加或降低SSP基因的表达量而最终影响小麦的面粉加工品质。
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