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小麦赤霉素合成相关基因的克隆及其时空表达研究

作　者: 刘颖
导　师: 夏石头；张爱民；阳文龙
学　校: 湖南农业大学
专　业: 植物学
关键词: 赤霉素 Rht12矮秆小麦 GA3ox GA20ox 基因克隆表达分析
分类号: S512.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

赤霉素(GA)是一种重要的植物激素,对种子萌发、茎伸长、叶片伸展、花和果实发育及根生长等具有重要调控作用。因此,赤霉素在株型改良和提高作物产量方面具有巨大潜力。目前,许多高等植物中赤霉素合成代谢途径中关键酶的编码基因已被克隆和研究,但在小麦中还鲜有这方面的报道。为探索小麦中赤霉素合成代谢的机制,本研究以中国春小麦和含有矮杆基因(Rht12)的小麦宁98—2105等为材料,利用同源克隆的方法,对赤霉素合成代谢途径下游的关键酶(赤霉素3—氧化酶、赤霉素20—氧化酶)的编码基因进行了克隆和表达分析,主要结果如下：1.在中国春(CS)、宁98-2105(含矮杆基因Rht12)、小麦近源二倍体物种乌拉尔图小麦(AA)和粗山羊草(DD)材料中,扩增得到了的赤霉素3—氧化酶编码的GA3ox1基因序列,其大小均为1456bp,它们之间的一致性达98%以上。而在拟斯卑尔托山羊草(BB)中扩增得到的GA3ox1基因大小为1467bp,它与其它4个基因的序列一致性在94%以上。生物信息学分析结果显示,小麦的GA3ox1基因有三个外显子和两个内含子,两个内含子的大小分别为80bp和81bp,这五个基因的ORF区均为1149bp,编码382个氨基酸残基的蛋白质。2.在宁98—2105(含矮杆基因Rht12)材料中,扩增得到了3种类型的赤霉素3—氧化酶编码的GA3ox2基因序列,分别命名为GA3ox2-1,GA3ox2-2和GA3ox2-3, DNA全长为1800bp左右,cDNA全长为1400bp左右,含有2个内含子,且相似性极高。以宁98—2105(含矮杆基因Rht12)为材料分离得到的GA3ox2基因的三个拷贝与以中国春小麦为材料的GA3ox2基因的三个拷贝,核苷酸序列一致性达93%,3个拷贝之间的相似性为99%以上。3.在中国春(CS)、宁98-2105(含矮杆基因Rht12)材料中,扩增得到了3种类型的赤霉素20—氧化酶编码的GA20ox1基因序列,分别命名为GA20ox1-1,GA20ox1-2, GA20ox1-3,基因全长在1200bp左右。两种材料中的GA20ox1基因的3个拷贝,其核苷酸序列一致性达99%,3个拷贝之间的相似性在91%-94%之间。4. GA3ox和GA20ox基因染色体初步定位的结果显示,TaGA3ox2-1,-2,-3分别位于3A,3D和3B上；TaGA20ox1-1,-2,-3分别位于4A,5B和5D上。5.荧光定量PCR (Real Time-PCR)分析结果表明,TaGA3ox1基因在含有矮杆基因(Rht12)的小麦材料的倒一节结中的表达量较高,说明TaGA3ox1主要在缩短矮化品种小麦的节结部位起着关键调控作用；小麦TaGA3ox2和TaGA3ox2功能类似,均在矮化小麦的节结部位起调控作用。值得注意的是,TaGA3ox2基因在含有矮杆基因(Rht12)的小麦幼穗中表达量也高于普通小麦材料,表明TaGA3ox2基因对矮化品种小麦的幼穗起调控作用。TaGA20ox1在含有矮杆基因(Rht12)的小麦材料的倒二节间中的表达量最高,暗示TaGA20ox1主要在缩短矮化小麦的节间部位起着关键调控作用；而小麦TaGA20ox2与TaGA20ox1功能类似,也在矮化品种小麦的节间部位起调控作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章前言  10-21
  1 小麦概述  10-11
  2 小麦的矮杆基因  11-13
  3 赤霉素生物合成途径的研究进展  13-19
    3.1 赤霉素化学性质  13-14
    3.2 赤霉素的生物学功能  14-15
    3.3 高等植物赤霉素生物合成途径  15-17
    3.4 赤霉素合成途径关键酶编码基因的研究进展  17-19
  4 本研究的目的和意义  19-21
第二章材料与方法  21-33
  1 研究方案  21-22
  2 材料  22
  3 试验试剂及仪器  22-24
  4 试验方法  24-33
第三章结果与分析  33-47
  1 GA3ox基因的克隆与序列分析  33-39
    1.1 GA3ox1基因的克隆与序列分析  33-36
    1.2 GA3ox2基因的克隆与序列分析  36-39
  2 GA20ox基因的克隆与序列分析  39-41
  3 GA3ox和GA20ox基因的染色体定位  41-43
  4 GA3ox和GA20ox基因的表达分析  43-47
    4.1 GA3ox和GA20ox基因在小麦不同组织的表达模式分析  43-44
    4.2 GA3ox和GA20ox基因在小麦茎的不同部位的表达分析  44-47
第四章讨论  47-50
  1 同源克隆的结果讨论  47-48
    1.1 GA3ox相关基因的同源克隆的结果讨论  47
    1.2 GA20ox相关基因的同源克隆的结果讨论  47-48
  2 表达分析的结果讨论  48
    2.1 GA3ox相关基因的表达分析的结果讨论  48
    2.2 GA20ox相关基因的表达分析的结果讨论  48
  3 后续研究设想  48-49
  4 创新之处  49-50
第五章全文总结  50-52
参考文献  52-57
致谢  57-58
作者简介  58

小麦赤霉素合成相关基因的克隆及其时空表达研究

内容摘要

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