小麥抗旱指標(biāo)篩選與S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和功能分析.pdf

1、水資源短缺是目前全球性的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。在世界范圍內(nèi)干旱頻繁發(fā)生，全球性缺水問(wèn)題日趨尖銳，干旱對(duì)作物生產(chǎn)造成的影響越來(lái)越大，干旱缺水已經(jīng)成為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。 小麥?zhǔn)侵袊?guó)僅次于水稻的第二大糧食作物，在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。但是，長(zhǎng)期以來(lái)由于干旱和水資源短缺的制約導(dǎo)致我國(guó)小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)，一直徘徊不前。然而，到目前為止還沒(méi)有形成一套準(zhǔn)確、可靠、簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的鑒定方法和指標(biāo)體系。因此，研究小麥的抗旱性鑒定指標(biāo)，提高

2、抗旱性鑒定與選擇的準(zhǔn)確性，并結(jié)合分子生物學(xué)的技術(shù)進(jìn)行抗旱候選基因的功能鑒定對(duì)于選育小麥抗旱新品種，促進(jìn)糧食生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有著非常重要的作用。本研究應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論對(duì)不同小麥品種相關(guān)抗旱性鑒定指標(biāo)進(jìn)行了篩選；并克隆了甲硫氨酸循環(huán)中的關(guān)鍵基因S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因，初步分析了其和抗旱性的關(guān)系，得到如下結(jié)論： 1.采用灰色系統(tǒng)理論中灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)分別種植于干旱棚和大田自然降水兩個(gè)條件下的65個(gè)小麥品種的主要農(nóng)藝性狀和部分生

3、理生化性狀與其抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，確定了各性狀與抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度。依次為：氣孔導(dǎo)度(0.7995)、光合速率(0.7909)、蒸騰速率(0.7556)、可溶性糖含量(0.7467)、丙二醛(MDA)含量(0.7336)、游離脯氨酸含量(0.7267)、穗長(zhǎng)(0.7102)、穗粒數(shù)(0.7095)、千粒重(0.7005)、水勢(shì)(0.6959)、有效分蘗數(shù)(0.6951)和株高(0.6866)。與抗旱指數(shù)關(guān)聯(lián)度最大的是和葉片氣孔

4、相關(guān)的生理生化性狀，它們?cè)谧魑锸艿礁珊得{迫時(shí)所受的影響最大，與作物抗旱性關(guān)系最為密切。因而可以選用氣孔導(dǎo)度、光合速率和蒸騰速率等生理生化性狀進(jìn)行小麥抗旱性的以性狀為基礎(chǔ)的選擇，以提高選擇效率。 2.在計(jì)算所得加權(quán)抗旱指數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)參試品種進(jìn)行聚類(lèi)分析，其中NC223、晉麥47、小偃6號(hào)、陜麥168、西農(nóng)4504、寧春27、洛旱6號(hào)和農(nóng)大優(yōu)麥2號(hào)等品種的抗旱性較好，其加權(quán)抗旱指數(shù)均達(dá)到了1.2000以上。聚類(lèi)結(jié)果基本可以反映這些

5、品種的選育和利用區(qū)域，表明這些品種是與所選育和利用地區(qū)的干旱條件相適應(yīng)的，也說(shuō)明計(jì)算所得到的各品種的加權(quán)抗旱指數(shù)可以較好地反映各品種本身的抗旱特性。 3.在上述聚類(lèi)分析的基礎(chǔ)上，以NC223、小偃6號(hào)、小偃22、滄6003、煙D27、中國(guó)春和洛旱6號(hào)為材料，應(yīng)用同源克隆和RACE技術(shù)克隆了S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因，得到其全長(zhǎng)cDNA序列，共計(jì)1420 bp。用中國(guó)春的序列進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)該基因編碼396個(gè)氨基酸，含有3個(gè)相對(duì)保

6、守的結(jié)構(gòu)域(N端、C端和中間結(jié)構(gòu)域)。并將其氨基酸序列與大麥、水稻和一粒小麥上已經(jīng)克隆的該基因編碼的氨基酸序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其同源性分別為100％、84％和45％，說(shuō)明其和大麥的親緣關(guān)系最近。并對(duì)這7個(gè)材料進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)僅有少數(shù)單堿基的變異。 4.在克隆所得該基因序列的基礎(chǔ)上，應(yīng)用BSMV-VIGS技術(shù)以NC223為材料對(duì)該基因進(jìn)行沉默，初步分析了其和抗旱性的關(guān)系。從沉默結(jié)果看，沉默植株經(jīng)干旱脅迫后較正常植株在形態(tài)上有明顯的變