小麦TaCCaMK基因EF手性结构域的SNP及其与抗旱、耐涝性的关系

论文摘要

环境胁迫如干旱、土壤盐渍化和涝害等严重影响了作物的生长和发育,从而降低作物的产量。小麦是我国第二大粮食作物,随着人口的增长和可利用耕地面积的日益减少,通过小麦基因单核苷酸多态性（SNP）,探寻小麦基因与环境胁迫的相关性,发掘优异的抵御环境胁迫的小麦基因资源,对于培育高产小麦品种,促进农业的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。TaCCaMK基因是从小麦基因组中克隆获得的,编码依赖于钙/钙调素的蛋白激酶。目前研究表明,TaCCaMK基因在小麦干旱、盐胁迫过程中均有响应。本研究以普通小麦的二倍体野生近缘种3份、四倍体野生近缘种1份、中国春小麦、一套以中国春为背景的缺体四体以及耐涝性小麦3份和抗旱性小麦5份为研究材料,从基因结构、染色体定位、TaCCaMK基因EF手性结构域的结构分析以及通过该结构域的SNP探寻TaCCaMK基因与抗旱、耐涝性的相关性等方面对小麦CCaMK基因进行了研究,获得如下实验结果:1) TaCCaMK基因包含7个外显子,6个内含子。在不同二倍体野生近缘种材料中,内含子数目及插入位置变化不大。内含子大小略有差别,说明该基因在进化过程中的保守性。2)通过染色体定位发现,TaCCaMK基因定位在1A、1B、1D染色体上。EF手性结构域的SNP分析初步确定,TaCCaMK基因在六倍体小麦中至少存在6个拷贝,它们分别在1A、1B、1D染色体上至少各存在2个拷贝,两个目的片段在大小上仅相差三个碱基。3)在小麦的演化过程中,各个基因组上EF手性结构域序列都发生了各自特有的变异。其中以B基因组上的变异最大,A、D基因组上的较为保守。不同基因组上该结构域存在不同程度的碱基变异,这可能与它们分别承受的选择压力不同有关。4)根据EF手性结构域TX-copy-1序列的SNP分析,来自不同基因型的EF手性结构域的亲缘关系为:A与B基因组的亲缘关系较近,而与D基因组亲缘关系较远。另外,对B基因组中的EF手性结构域而言,四倍体与六倍体B基因组的亲缘关系较近,而与二倍体B基因组的亲缘关系较远。5)在两种抗性材料之间,EF手性结构域的SNP非常丰富。在3份耐涝性材料和一份中国春品种中,共发现14个SNPs和5个InDels,多态性频率分别为1SNP/402bp和1InDel/1125bp;而在5份抗旱性材料和一份中国春品种中,共发现28个SNPs和8个InDels,多态性频率分别为1SNP/302bp和1InDel/1005bp。抗旱材料中的SNP较耐涝材料更为丰富。同时在两种抗性材料中检测到,B基因组中的SNP较A、D基因组中SNP丰富很多。6)单倍型分析揭示了来自不同基因组的TaCCaMK基因与抗旱、耐涝性的相关性。在A基因组中的TaCCaMK基因与抗旱性有一定的关系,而与耐涝性关系不明显:B基因组中的该基因与抗旱、耐涝性都有一定的对应关系;相反D基因组中的该基因却与抗旱、耐涝性都没有相关性。说明不同基因组中的TaCCaMK基因的同源基因在抵御干旱和涝害的过程中具有不同的作用,即不同基因组中的同源基因对不同的胁迫有不同响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 分子标记的研究现状
• 1.1.1 RFLP
• 1.1.2 RAPD
• 1.1.3 AFLP
• 1.1.4 SCAR
• 1.1.5 STS
• 1.1.6 SSR
• 1.1.7 SNP
• 1.2 SNP标记的研究现状
• 1.2.1 SNP的概念
• 1.2.2 SNP的优点
• 1.2.3 SNP的检测方法
• 1.2.4 SNP的应用
• 1.3 植物CCaMK（calcium/calmodulin-dependent protein kinase）研究进展
• 1.3.1 植物CCaMK的结构特征
• 1.3.2 植物CCaMK的酶学活性
• 1.3.3 植物CCaMK的生理学功能
• 1.3.4 小麦CCaMK与非生物胁迫
• 1.4 本研究的出发点、内容及策略
• 第二章 小麦TaCCaMK基因EF手性结构域的SNP及其与抗旱、耐涝性的相关性
• 2.1 植物材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 基因组序列的克隆
• 2.2.2 染色体定位分析
• 2.2.3 EF手性结构域SNP及其与抗旱、耐涝性的相关性分析
• 2.2.4 序列整理
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 基因结构分析
• 2.3.2 染色体定位分析
• 2.3.3 EF手性结构域分析
• 2.3.4 EF手性结构域的SNP在抗旱、耐涝参试材料中的分布
• 2.3.5 EF手性结构域与抗旱性、耐涝性的关系
• 2.4 讨论
• 2.4.1 SNP的检测及获得染色体定位引物的策略
• 2.4.2 TaCCaMK基因的拷贝数
• 2.4.3 TaCCaMK基因的进化
• 2.4.4 不同基因组中同源基因的功能差异
• 2.4.5 TaCCaMK基因与抗旱、耐涝性的关系
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:主要试剂的配置
• 攻读学位期间发表的相关学术论文