小麥組織培養(yǎng)特性的分子遺傳分析及遺傳轉(zhuǎn)化體系研究.pdf

1、遺傳轉(zhuǎn)化是作物遺傳改良和基因功能研究的重要工具．小麥?zhǔn)潜容^難轉(zhuǎn)化的禾本科作物之一，農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化效率目前還沒(méi)有超過(guò)10％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水稻等作物的轉(zhuǎn)化效率。轉(zhuǎn)化受體植株再生困難是限制小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率的主要因素，而且受基因型影響很大。小麥遺傳轉(zhuǎn)化主要以幼胚或其愈傷組織作為受體。除此之外，成熟胚和花藥也已被嘗試用作轉(zhuǎn)化受體．與幼胚相比較，成熟胚的取材不受季節(jié)限制，有充足的材料來(lái)源。然而，其組織培養(yǎng)體系仍不成熟，限制了它在遺傳轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。

2、本研究的目的是闡明影響小麥組織培養(yǎng)特性的遺傳基礎(chǔ)，并試圖建立較高效率的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的小麥遺傳轉(zhuǎn)化體系． 首先進(jìn)行了小麥成熟胚組織培養(yǎng)的遺傳研究。普通小麥品種南大2419的成熟胚具有較高的組織培養(yǎng)能力．本研究利用<南大2419×望水白>重組自交系群體，對(duì)小麥成熟胚組織培養(yǎng)相關(guān)性狀(TCR)進(jìn)行了QTL分析。檢測(cè)到5個(gè)控制愈傷組織誘導(dǎo)率(PEFC)，4個(gè)控制愈傷組織植株再生潛力(PCRP)和4個(gè)控制愈傷組織的植株再生效率(NPRC)的

3、染色體區(qū)段。其中，QPefc.nau-2A和QPcrp.nau-2A是分別控制PEFC和PCRP的主效QTL，均位于染色體2A的長(zhǎng)臂上，分別解釋22.1％和19.7％的表型變異率。同時(shí)，在染色體2D和5D上分別檢測(cè)到一個(gè)控制NPRC的QTL，兩者一起可以解釋51.6％的表型變異率。另外，分別在染色體2A、2D、5A、5B和5D的不同區(qū)段上檢測(cè)到至少兩個(gè)與TCR相關(guān)的QTL。其中，QPefc.nau-2A和QPcrp.nau-2A是分別控

4、制PEFC和PCRP的主效QTL，均位于染色體2A的長(zhǎng)臂上，分別解釋22.1％和19.7％的表型變異率。同時(shí)，在染色體2D和5D上分別檢測(cè)到一個(gè)控制NPRC的QTL，兩者一起可以解釋51.6％的表型變異率。 為了研究小麥幼胚組織培養(yǎng)特性的遺傳基因，分別于2005年在溫室和2006年在大田取材，進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，定位了控制小麥幼胚組織培養(yǎng)特性的QTLs。發(fā)現(xiàn)了11個(gè)控制幼胚胚性愈傷組織誘導(dǎo)(PEFEC)和2個(gè)控制胚性愈傷組織植株再生

5、效率(PCRP)的QTLs。在兩次試驗(yàn)中，都檢測(cè)到主效位點(diǎn)QPefec.nau-3B.2、QPefec.nau-5B和QNppc.nau-3A。與這些QTLs位點(diǎn)緊密連鎖的分子標(biāo)記，一方面可用于篩選具有較高組織培養(yǎng)能力的基因型材料，另一方面有助于對(duì)小麥組織培養(yǎng)能力進(jìn)行遺傳改良。 結(jié)合前人研究的結(jié)果，認(rèn)為小麥的第2群、第3群和第5群染色體上存在控制小麥組織培養(yǎng)能力的相關(guān)基因，這些相關(guān)基因在禾谷類作物中是保守的。小麥幼胚、成熟胚和花

6、藥的組織培養(yǎng)能力由相同的基因或基因組合控制．為了提高農(nóng)桿茵介導(dǎo)的小麥遺傳轉(zhuǎn)化的效率，研究了轉(zhuǎn)化前預(yù)培養(yǎng)、農(nóng)桿菌菌株和菌液濃度對(duì)小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率影響．我們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)化前將愈傷組織小塊置于含有低濃度的細(xì)胞分裂素的分化培養(yǎng)基上預(yù)培養(yǎng)3天，可以提高株系B31697的遺傳轉(zhuǎn)化效率。利用株系B31394進(jìn)行的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)表明，農(nóng)桿菌茵液濃度為OD<,600>=0.6～0.8比較合適。在AGL Ⅰ、EHA101、EHA105和LBA4404這4種農(nóng)桿茵茵株

7、中，茵株LBA4404的轉(zhuǎn)化效率最低。以上述研究為基礎(chǔ)，對(duì)69個(gè)材料進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，獲得了遺傳轉(zhuǎn)化效率較高的小麥基因型材料．這些材料的轉(zhuǎn)化效率明顯高于目前小麥遺傳轉(zhuǎn)化中普遍使用的揚(yáng)麥158和Bobwhite。 此外，還構(gòu)建了小麥泛素融合降解蛋白基因(UFD)、小麥甜菜素-葡糖基轉(zhuǎn)移酶基因(BoGT)、小麥鈣網(wǎng)蛋白基因(Crt)和小麥胚胎后期發(fā)育積累蛋白基因(LEA)的RNA干擾載體以及LEA基因的過(guò)量表達(dá)載體．這些基因均是本