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植物表皮蜡质通常覆盖于陆生植物的地上部位的最外层,是植物与外界环境直接接触的保护屏障,对植物适应陆地环境,抵抗各种生物和非生物胁迫胁迫具有重要意义。表皮蜡质主要是由一类超长链脂肪酸及其衍生物组成的混合物,烷烃合成是表皮蜡质形成的核心步骤之一,而烷烃合成酶基因CER1在烷烃合成途径中起着关键性作用。在本研究中:首先,我们利用SSR和SNP分子标记,构建小麦高密度遗传图谱,对小麦HL群体F6代重组自交系(Heyne×Lakin,145家系)旗叶蜡质性状进行初步定位;随后,选取小麦不同蜡质表型品种(高蜡品种W87和低蜡品种中国春)为试验对象,对其不同发育时期、不同组织部位蜡质的组成特点及蜡质晶体结构进行了系统分析;最后,结合转录组测序和生物信息学分析,初步获得3个小麦烷烃合成相关基因,并进一步利用亚细胞定位、qRT-PCR、转基因等手段,系统分析3个候选基因的表达特性和基因功能,验证其在小麦烷烃合成过程中的重要作用。主要研究结果如下:1.通过对HL群体F6代重组自交系开花期旗叶表皮蜡质多年多点表型鉴定,结合HL群体已构建遗传图谱,得到控制小麦白霜状的蜡质表型为2个加性QTLs。主要QTL位点定位于3AL染色体(QFlg.hwwgr-3AL),介于分子标记IWA1831和IWA8374之间,遗传距离为4.4 cM,可解释17.50-37.8%表型变异;次要QTL位点仅在2014年杨凌数据中检测到,定位于2DS染色体(QFlg.hwwgr-2DS),介于IWA1939和Xgwm261之间,可解释11.3%的表型变异。数量性状基因座(QTL)分析鉴定出与表皮蜡的三种主要组分相关的主要QTL区域,初级醇成分定位于3AL染色体(QAlc.hwwgr-3AL),介于分子标记IWA8162-IWA4298之间,遗传距离为6.3 cM,可解释27.40%表型变异;烷烃成分定位于3AL染色体(QAlk.hwwgr-3AL),介于分子标记IWA8374-IWA8162之间,与来自’Heyne’的有利等位基因仅有1.5cM,可解释26.8%表型变异;二酮成分定位于3AL染色体(QDik.hwwgr-3AL),介于分子标记IWA8162-IWA4298之间,遗传距离为6.3 cM,可解释46.30%表型变异。2.选取2个蜡质表型显著差异小麦材料为研究对象,通过比较分析它们在不同发育时期、组织部位的蜡质组分和晶体结构特征,发现不同发育阶段各组织蜡质含量和晶体结构显著不同,但是W87与中国春具有相近的蜡质积累变化,主要表现为苗期叶片表皮蜡质含量较少,且主要以初级醇为主;随着小麦生长,初级醇含量逐渐减少,烷烃积累增加;在开花期,小麦穗颖壳二酮和烷烃占主导地位。3.利用转录组测序和生物信息学分析,对W87苗期叶片、开花期的旗叶和穗部颖壳基因表达特性进行分析,筛选获得3个TaCER1候选基因在烷烃丰富部位显著活跃表达;随后,于穗中成功克隆到各基因全长cDNA序列,结合基因结构和功能结构域分析,发现3个候选TaCER1基因均具有典型CER1功能域,包括3个保守组氨酸簇和C-端WAX2结构;进一步序列分析发现,3个候选TaCER1基因与及其它植物已克隆的烷烃合成基因具有很高的同源性,表明3个候选TaCER1基因可能在小麦烷烃合成过程中起着重要作用。4.通过小麦基因组数据库预测候选Unigene所在染色体位置,TaCER1-6A定位于6AL,而TaCER1-1A定位于1AL,TaCER1-2D定位于2DL,并进一步利用小麦缺四体材料验证了该结果;亚细胞定位显示,TaCER1-GFP融合蛋白与内质网标记载体SP-seCFP-HDEL在拟南芥的原生质体中为共定位,表明3个TaCER1蛋白定位于拟南芥原生质体的内质网上。5.利用qRT-PCR对候选基因在不同组织、ABA及逆境胁迫下的表达特性进行分析。研究结果发现,在小麦的不同发育时期,3个TaCER1基因在各组织都有一定的表达;在小麦的苗期,TaCER1的表达量较低,并且其表达量随着小麦的生长而不断提高,在成熟的叶片、叶鞘和颖壳中均有较高的表达水平;ABA、干旱、PEG和低温处理均能诱导TaCER1基因的表达,在短时间内,基因表达量都有一定量的增加,然而,随着时间的延长,表达量又逐渐恢复到处理前的水平甚至更低,3个TaCER1基因的变化趋势基本相似,只是变化的幅度有所不同。6.在拟南芥和水稻中异源超表达3个TaCER1基因,结果发现,拟南芥T2代转基因植株蜡质总量显著高于对照,且蜡质的增加主要来源于直链烷烃和支链烷烃的增加;不同碳链的烷烃都有一定的增加,其它组分有微弱的变化;水稻T1代转基因植株蜡质总量也有显著提高,蜡质组分中烷烃有一定量的提高,其它组分没有明显的变化,说明3个TaCER1基因都参与了蜡质烷烃的合成。水稻转基因株系叶片的失水率和叶绿素浸提速率降低,角质层的通透性降低,植株的抗旱性提高。综上,本研究对小麦蜡质不同组分时空分布特性进行系统评价,并利用RILs群体完成各组分QTLs初定位,最终克隆并证实3个TaCER1s基因在小麦烷烃合成、干旱或其它胁迫响应过程中的生物学功能,本研究可为后续探索烷烃合成基因调控以改良(育种)小麦抗旱性提供参考。