野生大麥Hsp17基因的克隆與序列多樣性分析.pdf

1、野生大麥?zhǔn)且荒晟亩扼w（2n=2x=14）嚴(yán)格自花授粉的禾本科植物，染色體數(shù)目為x=7，自交率達(dá)98％，它是現(xiàn)代栽培大麥的祖先，可以獨(dú)自生存和繁衍而不依賴人類農(nóng)事活動(dòng)，在中東的以色列地區(qū)、土耳其、阿富汗等地有著廣泛的分布，并且有著豐富的遺傳多樣性[1]。野生大麥相對(duì)其他作物而言，相對(duì)比較保守，同時(shí)，它的生育期短、早熟、抗逆性強(qiáng)、豐產(chǎn)、適應(yīng)性廣，并且在野生和栽培大麥的形式上沒(méi)有雜交的障礙，自然和人工雜交都很容易得到。正是由于野生大麥這些

2、特殊的性質(zhì)，所以它成為了研究植物適應(yīng)性進(jìn)化的重要模型植物，被認(rèn)為是21世紀(jì)遺傳改良的重要基因資源。
　　干旱導(dǎo)致生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成和mRNA的轉(zhuǎn)錄受到抑制，同時(shí)迅速誘導(dǎo)合成一類進(jìn)化上非常保守的蛋白質(zhì)，即熱激蛋白（heat shock protein，Hsps），這種反應(yīng)會(huì)允許生物體忍耐水分脅迫的逆境。α-晶體蛋白區(qū)域是低分子量Hsps的標(biāo)志[64]，它以分子伴侶的方式在生物體受到熱脅迫時(shí)防止蛋白質(zhì)的聚集和變性蛋白的重折疊，而亮氨

3、酸的疏水性則在α-晶體蛋白區(qū)域中具有很重要的作用。目前，Hsps在動(dòng)物中研究居多，而植物中研究相對(duì)較少。已經(jīng)從水稻、小麥中分離鑒定出了部分Hsps，但在野生大麥中未見(jiàn)報(bào)道，所以本研究以野生大麥小分子量熱激蛋白Hsp17作為研究對(duì)象，對(duì)17個(gè)來(lái)自世界各地的具有代表性的野生大麥居群材料進(jìn)行了Hsp17基因克隆與序列分析，主要結(jié)果如下：
　　1、克隆得到17種野生大麥材料的19個(gè)Hsp17片段序列，經(jīng)測(cè)序獲得兩種不同大小的序列，長(zhǎng)序列為

4、1341～1355bp，短序列為939～1004bp。從基因結(jié)構(gòu)上看，Hsp17基因的長(zhǎng)、短片段在啟動(dòng)子區(qū)和編碼區(qū)長(zhǎng)度也無(wú)明顯差異，長(zhǎng)片段與短片段的明顯差異在于短片段在3UTR上比長(zhǎng)片段少了一部分序列。
　　2、氨基酸序列分析表明，由17種野生大麥的Hsp17基因推導(dǎo)的氨基酸序列雖然存在不同，但是從二級(jí)結(jié)構(gòu)上看，碳末端所包含的α-晶體蛋白中編碼亮氨酸的位點(diǎn)有很強(qiáng)的保守性。
　　3、系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)分析發(fā)現(xiàn)，野生大麥基因組中Hsp1

5、7蛋白基因發(fā)生了多次進(jìn)化。而Hsp17基因序列并沒(méi)有從地理結(jié)構(gòu)上得到明顯的區(qū)分，所有擴(kuò)增出的短序列的材料幾乎都是由擴(kuò)增出長(zhǎng)序列的材料進(jìn)化而來(lái)，而所有的片段（除PI268242），都是以栽培大麥冬青八號(hào)的長(zhǎng)序列（LD17）和野生大麥PI254894（6S Iraq）為祖先進(jìn)化而來(lái)。材料PI268242和PI220523與其他材料的序列有明顯的差異，PI268242進(jìn)化關(guān)系最遠(yuǎn)，基因型最古老，屬于祖先材料，而PI220523進(jìn)化關(guān)系最近，由

6、祖先材料經(jīng)過(guò)若干代進(jìn)化而來(lái)。
　　4、從本次實(shí)驗(yàn)的葉片失水率統(tǒng)計(jì)看，材料PI268242的失水率最大，PI220523的失水率最小，說(shuō)明材料PI220523更具有抗旱性，而材料PI268242比較不利于抗旱。
　　綜上，本研究克隆并系統(tǒng)分析了19個(gè)應(yīng)對(duì)干旱脅迫反應(yīng)的Hsp17蛋白基因序列多樣性及其與抗旱性的關(guān)系，明確了大麥族物種的演化與Hsp17蛋白基因家族進(jìn)化的內(nèi)在聯(lián)系，提供了基因結(jié)構(gòu)與功能變異與環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的新證據(jù)，揭