小麥旗葉衰老相關基因的克隆及功能分析

《小麥旗葉衰老相關基因的克隆及功能分析》是依託河北師範大學，由周春江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：小麥旗葉衰老相關基因的克隆及功能分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周春江
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

小麥葉片的衰老特別是旗葉的早衰是限制小麥產量的重要因素之一。研究表明推遲或延緩旗葉衰老可以顯著提高小麥產量並改善籽粒品質。本研究擬以田間栽培小麥師欒02-1為材料，通過基因晶片分析衰老與非衰老小麥旗葉在基因轉錄水平上的差異，分離鑑定與小麥旗葉衰老相關的重要基因；建立並運用大麥條紋花葉病毒（Barley Stripe Mosaic Virus, BSMV）改造的病毒誘導基因沉默系統（Virus Induced Gene Silencing, VIGS）來研究候選重要基因在小麥葉片衰老過程中的作用；結合擬南芥轉基因試驗進一步分析候選重要基因調控植物葉片衰老和發育的分子機理。通過以上研究深入認識小麥葉片衰老的調控機理，為培育葉片功能期延長、抗逆性提高、產量增加的小麥新品種提供理論指導與基因資源。

結題摘要

小麥是世界上重要的糧食作物，其產量和品質受很多因素的限制，其中，葉片的衰老（特別是旗葉的早衰）是限制產量和品質的重要因素之一。小麥旗葉的衰老與其籽粒形成和灌漿成熟同步進行，旗葉的過早衰老會嚴重影響小麥產量，而推遲旗葉衰老的發生、延緩其衰老進程可以顯著提高小麥產量並改善籽粒品質。與擬南芥、水稻等模式植物相比，小麥的基因組非常複雜，使得衰老相關基因的研究工作要困難得多。基因晶片分析可以高通量的進行基因的表達譜分析，在基因的轉錄水平上提供可靠的參考。本研究從與小麥產量密切相關的旗葉入手，取四個不同發育時期旗葉為材料進行了基因晶片分析。根據NCBI, CerealsDB等資料庫數據中已有基因的信息，我們對所有表達量差異在兩倍以上的3000餘條EST進行了信息注釋、分析和功能預測。在葉片衰老過程中上調錶達的基因參與了葉綠素降解、核酸降解、蛋白質降解、碳水化合物代謝、信號轉導、脅迫防禦、營養轉運等過程，其中包括已知在葉片衰老中發揮重要作用的WRKY、NAC、MYB等衰老相關轉錄因子和MAPK、PP2C等。我們選取了439個衰老過程中上調錶達的轉錄因子，對它們進行序列比對分析和拼接，得到了其中62個轉錄因子的開放閱讀框序列。半定量RT-PCR分析表明其中12個轉錄因子的轉錄表達趨勢穩定。我們將全部12個衰老相關基因過表達載體轉化到模式植物擬南芥中，目前篩選到了9個基因過表達的T2代純合植株，其中TaSAG11、TaSAG16、TaSAG18、TaSAG20能夠促進轉基因擬南芥葉片早衰，TaSAG22導致轉基因擬南芥蓮座葉增加，葉片衰老推遲，生長周期延長20天。完成了全部12個衰老相關基因的GFP亞細胞定位分析和轉錄激活活性鑑定。TaSAG16和TaSAG20在小麥葉片自然衰老和黑暗誘導的衰老過程中均表現出上調的表達趨勢。GFP亞細胞定位分析結果表明它們定位在細胞核中，都具有轉錄激活活性。將它們在擬南芥中採用組成性過量表達或DEX誘導過量表達，都導致了擬南芥葉片提前衰老。TaSAG16啟動子:GUS轉基因幼苗分析結果表明，可能參與了乙烯誘導的葉片衰老信號轉導通路。本研究揭示了小麥旗葉在不同發育時期轉錄水平上的差異，克隆的衰老相關基因可以調控擬南芥葉片衰老進程，為深入探討葉片衰老調控機理，培育旗葉功能期延長的小麥品種奠定了基礎。