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蓝粒小麦中花青素生物合成基因的基因定位及转录组分析认领

被引量： 5

作者：

Diddugodage Chamila Jeewani

学位授予单位：

西北农林科技大学

摘要：

小麦（Triticum aestivum L.）是全球范围内种植最广泛的粮食作物,其消费量占全球粮食总量的三分之一。小麦为人们提供最基本的碳水化合物、蛋白质、维生素,以及胡萝卜素、黄酮类和酚酸等其它营养物质。近年来,关于小麦籽粒颜色的研究日益增多,这种颜色的差异主要是由其中的多酚类、鞣酸类、花青素和胡萝卜素造成的。其中蓝粒小麦中最典型的特征是它的糊粉层中含有丰富的天然花青素类物质,而普通的红粒小麦和白粒小麦中含量很低或没有。花青素类物质由于具有很好的抗氧化作用,非常有益于人类的身体健康。由于蓝粒小麦的此种特性,近年来对它的关注和研究也越来越多。人们发现,通过干式磨粉法和分馏法,可以获得带有高含量花青素的面粉。而对于蓝粒小麦中花青素合成通路相关基因的研究对于今后的育种有很大的帮助。在前人研究中,对蓝粒中色素积累过程和遗传模式已经有了一定的研究。为了进一步发掘控制蓝粒性状的基因,我们主要从两种途径进行研究,首先是使用90k iSelect SNP芯片对小麦蓝粒性状进行分子标记定位;此外,在定位的基础上结合转录组测序,分析白粒与蓝粒小麦中差异表达基因来找寻相关基因。1.籽粒颜色发育过程以及蓝粒小麦分离情况花青素作为非常有价值的抗氧化物质,对人们的健康有很大作用。相比于其它品种,蓝粒小麦中的花青素含量明显高于其它彩色小麦。然而,对于蓝粒性状的遗传模式以及它在染色体上的位置,人们还知之甚少。在本实验中,通过调查蓝粒小麦色素积累情况后发现,蓝色花青素的积累始于开花后20天,并在26天延伸到整个种子。除此之外,我们也通过构建蓝粒小麦与白粒小麦杂交得到的F2群体研究了蓝粒小麦的遗传分离情况,根据F1的表型结果表明蓝粒表型应该是一个显性性状。然而,其F2分离情况并不符合孟德尔遗传分离比,并且后代中出现了色素积累程度不同的籽粒,这种现象可能是由于遗传剂量效应和微效基因的影响。而在后代中,同一穗上同时出现了蓝粒和白粒的情况,则主要是由于蓝色积累是存在于糊粉层的性状,由花粉直感产生。除此之外,环境的变化也会对其颜色积累的程度产生一定的影响。这些发现将成为后续研究蓝色糊粉性状的遗传及蓝粒小麦改良的基础。2.转录组测序发掘蓝粒小麦关键基因蓝粒小麦最重要的特征是它具有大量的天然高抗氧化活性花青素化合物,而普通小麦品种中则没有。随着人们对食品健康问题的日益关注,对食物品质的要求也越来越高。目前,已鉴定了几种与红粒小麦原花青素合成及紫粒小麦花青素合成相关的基因。然而,调控蓝色小麦中花青素生物合成的主要基因及控制机制仍然未被揭示。在本研究中,结合蓝色籽粒性状的染色体位置信息及从转录组分析结果,我们试图找寻调控小麦蓝色性状的关键基因。使用InfiniumTM iSelect 90K芯片,结合F2群体粒色性状进行了QTL分析。结果表明,蓝色性状在4D染色体上两个SNP标记IWB18525和IWB16381之间有一个主效QTL位点。在转录组分析中,我们使用了2个蓝色和6个非蓝色小麦籽粒样品进行比较转录组分析,从而筛选控制小麦蓝粒性状的候选基因。在蓝色和白色小麦文库中总共发现了126,792个差异表达基因,从这些差异表达基因中找到了40个在蓝色和非蓝色样品之间存在显著表达差异的基因,在这中间,有12个候选基因只在蓝色小麦中表达,它们都分布于不同的染色体上。其中,只有位于4D染色体上的两个F3'5'H基因（Traes4DL27C195FDE,Traes4DL5A3D8F519）与之前定位的结果匹配。并且,F3'5'H基因是调控蓝粒小麦中花青素含量最多的物质飞燕草色素产生的关键基因,这些结果都表明筛选到的F3'5'H基因应该就是蓝粒小麦的候选基因。在前人报道的结果中,紫粒与红粒小麦中转录因子是籽粒颜色的关键调控基因,本研究结论与之有所不同,蓝粒小麦的调控是受结构基因影响的。综上,本研究的结果为蓝粒小麦基因克隆和后续分子机制研究提供了有利的线索。

摘要译文

关键词：

蓝粒小麦; 花青素合成途径; QTL定位; 转录组测序; F3'5'H

学位年度：

2017

学位类型：

博士

学科专业：

作物遗传育种

导师：

王中华

中图分类号：

S512.1[小麦⑨]

学科分类号：

0901[作物学]

D O I：

10.27409/d.cnki.gxbnu.2017.000005