小麦YUCCA基因家族分析与功能研究

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YUCCA基因参与植物生长素的合成,其编码的黄素单加氧酶是植物生长素合成途径中的一种重要限速酶,参与植物整个生长发育过程的调节。随着测序技术的发展不同植物中的YUCCA基因家族也逐渐被鉴定出来。研究发现,在植物中YUCCA基因家族的不同基因在植物生长发育过程中有特定的时空表达模式。本研究利用了小麦数据库以及多种分析工具,鉴定小麦的TaYUCCA基因,并利用小麦的表达数据库分析各基因在不同时期的表达情况,在前人研究的基础上分析了TaYUC10基因和TaYUC11基因的功能,为今后小麦YUCCA基因家族成员的克隆和生物学功能的研究打下基础,有利于促进这类基因在小麦遗传改良中的应用。主要结果如下:
  1.小麦基因组中TaYUCCA基因家族鉴定
  在小麦数据库中通过Blastp和Blastn搜索,并用SMART的网站通过保守结构域的预测共筛选到63个YUCCA基因家族的基因,根据这些基因的氨基酸序列特点以及所在的亚基组的位置分别进行了命名。
  在63个YUCCA基因中氨基酸数目在382-731个之间,其编码蛋白质的分子量为41.178kDa(YUCCA13-A)-58.761kDa(YUCCA5-A),各基因的外显子/内含子结构具有保守性和多样性,内含子大多为0-4个不等。通过聚类分析可以将这些基因分为三组,其中每一组中各蛋白有共同的保守结构域,并且不同组中的基因结构相对保守。
  2.部分小麦TaYUCCA基因家族成员的表达情况
  在表达库查询到的基因中,TaYUC10.1、TaYUC10.2和TaYUC10.3基因在胚乳中的表达最高,其次是内果皮,在外果皮中的表达量最少,在乳熟期的籽粒中表达量高。不同基因在不同时期不同组织中有各自的表达情况。
  3.转基因小麦中TaYUC10基因的表达情况
  转基因小麦中TaYUC10.3基因在开花后第5d时表达量与对照相比差异不大,而从开花后第10d开始的表达量明显升高,最高可达20倍。TaYUC10.1与TaYUC10.2基因在转基因株系中的表达情况与Bobwhite对照相似,而TaYUC10.1和TaYUC0.2基因的表达量在对照和转基因株系间无明显差别。
  4.转基因小麦千粒重测量
  测定比较了2016及2017年两年的转基因小麦千粒重,结果发现与对照Bobwhite小麦相比,转基因株系的千粒重增加,并且部分转基因株系的千粒重与对照相比差异显著,小麦千粒重的提高可能是由于TaYUC10基因的转入引起的,但其具体的机制还需要进一步的研究。
  5.转基因拟南芥的抗旱性分析
  通过浸花法将TaYUC11基因转化到拟南芥中,经Kana筛选以及PCR扩增的鉴定得到转基因拟南芥植株,之后将T2代的转基因拟南芥植株置于不同浓度甘露醇的1/2MS培养基中,发现在100mM和150mM浓度下,转基因株系根长明显大于野生型,与对照相比转基因拟南芥株系的抗干旱胁迫能力提高。
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