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多年生簇毛麦物种PSY基因的克隆与进化分析

邬昌荣  
【摘要】:簇毛麦属(Dasypyrum,又称Haynaldia)在植物分类上属禾本科(Gramineae)小麦族(Triticeae)的小麦亚族(Triticinae),是小麦的近缘属之一。具有抗小麦叶锈病、秆锈病和白粉病等多种病害,是改良小麦的重要三级基因源。簇毛麦属包含二倍体一年生簇毛麦(D. villosum)、二倍体多年生簇毛麦(D. breviaristatum)和四倍体多年生簇毛麦(D. breviaristatum)三个物种。目前,对一年生簇毛麦的研究比较多,大量研究主要集中在对抗白粉病基因Pm21研究和利用上。相比之下,对目前全世界种质库仅存一份的四倍体多年生簇毛麦这一珍稀物种研究很少。鉴于此,我们利用合成的小麦-多年生簇毛麦的双二倍体与小麦进行杂交回交,获得了一系列的小麦-多年生簇毛麦渐渗系开始了将多年生簇毛麦优异性状向小麦的导入工作。 小麦与多年生簇毛麦杂交之后,小麦背景中多年生簇毛麦染色质的检测就成了小麦染色体工程育种的重要内容之一。而根据编码基因设计引物后获得的SCAR分子标记与根据DNA序列基础上的RAPD标记因为操作简单、准确和快捷等优点被广泛的运用到小麦育种中。本论文就根据小麦八氢番茄红素合成酶(PSY)基因设计SCAR引物对多年生簇毛麦与对照小麦进行扩增,然后对小麦-多年生簇毛麦渐渗系进行扩增验证,获得了的可以跟踪多年生簇毛麦PSY基因的分子标记;与此同时,我们还筛选了大量RAPD引物,获得了1个多年生簇毛麦基因组RAPD标记。具体研究结果如下: 1、根据已发表的小麦族植物PSY基因序列的保守区设计引物,通过PCR扩增获得了多年生簇毛麦PSY基因的全序列,该基因全长为2960bp,包含6个外显子和5个内含子,被命名为DbPSY1。序列比对分析表明DbPSY1与小麦族其它植物的PSY基因有较高的同源性。将DbPSY1与禾谷类植物PSY基因进行遗传聚类分析,结果表明,DbPSY1与偃麦草以及大麦的PSY基因亲缘关系最近而与小麦相对较远。根据序列比对结果设计多年生簇毛麦DbPSY1基因特异引物,建立了可以用于跟踪携带PSY基因的多年生簇毛麦染色体片段的分子标记。 2、用240条随机引物对多年生簇毛麦、二倍体簇毛麦和5份小麦进行RAPD分析,检测到引物J10在簇毛麦和小麦间在500bp处有明显多态性,克隆测序结果确证簇毛麦基因组特异片段长度为450bp,命名为J10450。NCBI比对结果显示J10450可能是一个长末端反转录转座子的部分序列。该片段在中国春-簇毛麦附加系(CSDA1V-CADA7V)中出现。进一步的研究结果表明,J10450与簇毛麦的居群无关。用J10对多年生簇毛麦的大量渐渗系进行分析,结果显示J10450可以作为检测小麦背景中多年生簇毛麦染色质的分子标记。 综上,本研究建立的SCAR标记和RAPD标记均可以作为多年生簇毛麦特异分子标记检测导入到小麦背景中的多年生簇毛麦染色质以此来辅助小麦育种工作。


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