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过量表达ThMYC4E对普通小麦籽粒花青素合成代谢的影响认领

作者：

赵硕

学位授予单位：

中国科学院大学

摘要：

小麦蓝色籽粒性状富含有益身体健康的花青素，是良好的遗传学标记，能够用作杂交小麦的培育。蓝色籽粒表型来源于近缘种长穗偃麦草(Elytrigiaelongata(Host)Nevski.），Ba1是关键调控基因位点。已有研究推测从蓝粒小麦中分离出的bHLH转录因子ThMYC4E具有调控蓝粒花青素生物合成的功能，但是ThMYC4E在普通小麦中的表达模式和调控机制尚不明确。本研究利用农杆菌介导的遗传转化得到过量表达ThMYC4E的转基因小麦，通过qRT-PCR、转录组和代谢组联合分析等生物学技术，多方面评价ThMYC4E在普通小麦中调控花青素生物合成分子机制，为小麦蓝色糊粉层的形成提供更全面的分子生物学证据，同时创制一种富含高花青素的功能型小麦新种质。主要研究结果如下:　　1.本研究利用双酶切构建ubiquitin启动子驱动ThMYC4E表达的pLGY-ThMYC4E载体。通过农杆菌介导的遗传转化技术将其导入到小麦品种‘JW’中，获得18棵阳性植株，转化率为4.5％。与‘JW’相比，所有转基因植株的颖壳、茎秆、叶片均呈现出不同程度的紫色表型，籽粒颜色较深，根无明显差异。光诱导能够使转基因植株籽粒转变为深紫色。qRT-PCR结果显示，ThMYC4E在转基因植株不同组织中均产生大量转录，在籽粒中的表达量最高，花青素合成关键结构基因均表达上调。　　2.转录组比较ThMYC4E和‘JW’，经测序、拼接、组装后得到181757个unigenes。与‘JW’相比，转基因植株中有920个unigenes表达上调，与花青素合成相关的结构基因均在转基因植株中表达显著上调，CHS、CHI、F3H、F3''H、DFR、ANS表达量分别上调1.28、1.81、9.33、2.45、9.75、1.32倍。ThMYC4E(Unigene35182_All)基因在转基因籽粒中表达水平FPKM值为3361，Log2FC值达8.5，并在‘JW’中几乎不表达。利用UPLC-MS/MS鉴定出转基因籽粒中592个化合物，可划分23大类，其中差异表达的化合物可划分为8类，总计155个，在转基因籽粒中表达上调的化合物有96个。检测到8种花青素类化合物，其中有4种仅在ThMYC4E转基因植株中检测，分别是矢车菊素-3，5-双葡萄糖苷（cyanidin3，5-O-diglucoside，cyanin）、芍药色素3-O葡萄糖苷(peonidin3-O-glucosidechloride)、矢车菊素-3-O-半乳糖苷(cyanidin3-O-galactoside)和飞燕草素3-O葡萄糖苷（delphinidin3-O-glucoside，mirtillin）。　　3.本研究将ThMYC4E转基因小麦与白粒紫色胚芽鞘小麦品种高原584、高原363、青农524、青春38进行杂交，杂交F1代籽粒颜色为深紫色，F2代籽粒颜色接近黑色。分离并克隆亲本中调控紫色胚芽鞘花青素生物合成主效基因TaMYB7编码区序列，分别得到TaMYB-7A和TaMYB-7D两个拷贝，其中TaMYB-7A在714bp处碱基C的缺失能够产生两种类型TaMYB-7A。碱基C无缺失的TaMYB-7A与TaMYB-7D为完整功能性的R2R3-MYB转录因子。进一步证明小麦籽粒颜色的形成是由bHLH(ThMYC4E)和MYB（TaMYB7）协同调控所产生。　　4.测定ThMYC4E转基因小麦与‘JW’中花青素、总黄酮含量及籽粒铁、锌微量元素的含量，结果显示ThMYC4E转基因植株所有组织中花青素含量均高于‘JW’，叶片中最高。光诱导后转基因小麦籽粒花青素含量高于‘JW''9.64倍。转基因籽粒中总黄酮、铁、锌微量元素含量均高于‘JW’，分别增加1.51、1.15、1.82倍。转基因小麦籽粒具有更高的抗氧化活性。ThMYC4E转基因小麦可作为中间材料，培育富含抗氧化成分和微量元素的功能型小麦新品种。

摘要译文

关键词：

小麦; 花青素; 生物合成; ThMYC4E基因; 分子机制

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

植物学

导师：

刘宝龙

中图分类号：

S512.1[小麦⑨];S64;R74[神经病学与精神病学⑨]

学科分类号：

0901[作物学];100210[神经病学];100211[精神医学]