二穗短柄草bdhtal的基因克隆和功能分析

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1、前言刖舌小麥(TriticumaestivumLirlIL)是世界上最重要的糧食作物之一，在我國為僅次于水稻(Oryzasativa)的第二大糧食作物。對人民生產(chǎn)和生活有重要的意義，其生產(chǎn)直接關系到我國的糧食安全。因而小麥品種的遺傳改良一直倍受重視。但是小麥是異源六倍體植物，其基因組龐大、重復序列多、再生能力差、轉(zhuǎn)化效率低、外源基因?qū)肴菀壮聊托揎?，所以其遺傳轉(zhuǎn)化困難。這就嚴重的限制了小麥基因組學、分子生物學以及育種學的發(fā)展。而作為早熟禾亞科的模式植物——二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)，

2、因染色體組簡單、基因重復序列少、容易獲得胚性愈傷、再生能力強等特點，其遺傳轉(zhuǎn)化就容易很多。并且二穗短柄草無論是在親緣關系(較晚從冷季型禾本科中分離出來)上，還是在基因組成(重要基因共線區(qū))和很多重要農(nóng)藝性狀(株型、穗型、粒型、病原菌、抗逆性和生長習性等)上，都與小麥具有高度的相似性，是小麥理想的模式植物。加之2010年二穗短柄草BD21測序結果的發(fā)布，使得二穗短柄草作為小麥模式植物進行植物學、細胞遺傳學、分子生物學、基因組學、組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化研究成為可能。針對小麥基因轉(zhuǎn)化困難、轉(zhuǎn)化效率低下等問題，擬以早熟禾亞科模式

3、植物——二穗短柄草BdHTA，和擬南芥(Arabidopsisthaliana)的AtHTAl為研究對象，對BdHTAl的功能進行解析、重點分析比較不同的外源和內(nèi)源HTAl在二穗短柄草中對農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化促控機理的異同，并在小麥中加以驗證。在科學上重點揭示外源和內(nèi)源HTAl對農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的調(diào)控機制，探討利用HTAl提高早熟禾亞科轉(zhuǎn)基因效率的技術可行性，為突破農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法在小麥轉(zhuǎn)基因應用的瓶頸提供理論依據(jù)及建立相應的高效遺傳轉(zhuǎn)化技術體系。Vl文獻綜述1文獻綜述1．1新型禾本科模式植物——二穗短柄草(Brachypodiumdi

4、stachyon)二穗短柄草與其他禾本科之間的親緣關系較近，具有禾本科植物最小的基因組，有和小麥高度相似的基因組序列和很多重要農(nóng)藝性狀。有二倍體和一系列多倍體，跟小麥相似。并且有理想的形態(tài)和生長特征，豐富的遺傳、變異材料，易于遺傳轉(zhuǎn)化等特點。所以近幾年二穗短柄草越來越引起國內(nèi)外分子生物學研究者的重視，對其植物學特性、細胞遺傳學特性、分子生物學特性、基因組學發(fā)掘、組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化性能等進行了研究，以獲取禾本科基因組中尤其是麥類植物基因組中重要基因共線區(qū)信息等。且2010年2月，二穗短柄草(Brachypodiumdi

5、stachyon)二倍體自交系BD21測序結果發(fā)布(TheInternationalBrachypodiumInitiative，2010)，使得二穗短柄草的選擇和利用對于小麥植物遺傳分析、基因克隆、基因變異和功能基因組的研究極具價值。1．1．1模式植物的概念及特點1．1．1．1概念所謂模式植物，就是指一種植物的特征很明顯的，可以很容易和其他植物區(qū)別的植物，一般都由命名的哪個植物學家采的標本為準，所以目前世界上已經(jīng)定名的每一種植物都有模式植物。生物的多樣性是在進化過程中形成的，不同的生物有不同的形態(tài)結構和生理特征，但

6、對生命活動有關的基因卻是高度保守的。因此，可以從模式生物著手，先弄清楚低等生物的相對比較簡單的基因組和生理功能，再以此為基礎進一步研究復雜系統(tǒng)。1．1．1．2模式植物的特點對生物界的某一大類群具有很高的代表性，能夠便于回答研究者所關注的問題；對人體和環(huán)境沒有危害，容易獲得母本材料并易于在實驗室內(nèi)繁殖；世代周期短、繁殖子代多、遺傳背景清楚；容易進行實驗操作尤其是遺傳操作的手段以及表型分析的方法等等。這些都是成為模式植物所必不可少的特點。1．1．2禾本科模式植物——二穗短柄草擬南芥(Arabidopsisthaliana

7、)和水稻(Oryzasativa)的研究，推動了植物界甚至生物界基因組學系統(tǒng)的研究，推動了發(fā)育生物學、比較基因?qū)W、結構基因組學、功二穗短柄草BdHTAl基因的克隆和功能分析能基因組學、生物信息學、植物學等多學科的發(fā)展。那為什么同屬于禾本科模式植物的水稻研究很清楚的情況下還要研究二穗短柄草呢?這是因為水稻的生長條件極為嚴格：生育期較長；且很早從冷季型禾本科中進化分離出來，其基因組、重要共線區(qū)序列與普通小麥(Triticumaestivum)、大麥(Hordeumvulgate)等溫帶禾本科植物差異較大，這些就限制了水稻

8、作為模式植物在單子葉植物中尤其是麥類作物中的通用性。所以尋找具有麥類作物代表性的物種進行研究，以揭示麥類作物基因組中重要功能基因的作用就顯得尤為重要。這時，二穗短柄草作為禾本科特別是麥類作物新型模式植物研究從此開始。1．1．2．1二穗短柄草的特點二穗短柄草屬于禾本科植物，廣泛分布于溫帶地區(qū)，株高15．20cm，一年生，自花授粉，生長期70．80