小麦转录因子基因TaERF7的克隆及其表达分析

温光敏核不育小麦(Triticum aestivum)百农不育系(Bainong sterility,BNS)是一种良好的小麦杂种优势利用材料,利用其低温不育、高温可育的特性可以实现“两系法”杂交小麦育种。该研究为找到BNS育性转换的关键基因,从已有BNS不育和可育花药的基因芯片数据中,鉴定得到表达存在差异的TaERF7基因,并通过设计引物克隆了TaERF7的cDNA和启动子序列,采用qRT-PCR分析TaERF7对不同温度和光照的响应。结果显示:(1)生物信息学分析表明,TaERF7基因的CDS区有660 bp,编码219个氨基酸;TaERF7蛋白含有AP2结构域和2个EAR基序,属于第二类乙烯响应因子(Ethylene response factor,ERF);TaERF7的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtERF4同源,可能是一种转录抑制因子;TaERF7启动子区含有多个光响应和低温响应的顺式作用元件。(2)qRT-PCR结果表明,TaERF7在BNS的不同组织与器官中均有表达;在长日照(14 h)下,TaERF7在BNS中的表达量下调约0.47倍,而在短日照(10 h)处理下,TaERF7在BNS中的表达量上调约1.14倍;4℃的低温处理使TaERF7表达量在2 h内上调了约25.7倍,并且在48 h内一直保持较高的水平,而在37℃下虽然可以使TaERF7表达量在1 h内上调约0.71倍,但2 h后便急剧下调,到12 h时其表达量与对照相比已下调了约0.85倍。该研究结果初步证明,TaERF7基因可能特异性结合下游基因启动子的GCC box、DRE和CRT元件,调控下游基因的表达,从而影响了BNS的育性。

不同收获期对小麦种子活力及物理性状的影响

为研究黄淮麦区小麦种子成熟过程中种子活力与物理性状变化之间的关系,确定适宜的收获期,以西农20和周麦18为试验材料,研究收获期对种子活力和物理性状的影响。结果表明,不同品种、不同收获期对种子的活力指标的影响达到极显著水平;西农20活力指标均在花后34 d趋于稳定,周麦18的物理指标和活力指标在花后40 d达到峰值;典型相关分析表明,种子活力与种子的物理性状具有显著相关性。研究表明,不同收获期对种子活力指标和物理指标均具有显著影响。小麦种子水分降低到34%~37%,千粒重约为最大千粒重的95%、花后34~38 d是高活力种子适宜的收获时期,该时期千粒重未达到最大值。

小麦TaARF20基因克隆及表达分析

【目的】克隆TaARF20基因,并分析其表达特性,为解析小麦生长素响应因子(ARF)基因家族成员的调控机制提供理论依据。【方法】以普通小麦为材料,利用同源克隆技术获得TaARF20基因的cDNA全长序列,利用生物信息学软件分析其序列特征,并通过亚细胞定位试验明确TaARF20蛋白的作用部位。将TaARF20基因与表达载体Pcold-TF连接,转化大肠杆菌中进行原核表达。采用实时荧光定量PCR检测TaARF20基因在普通小麦不同组织及普通小麦和多子房小麦不同发育时期幼穗中的表达模式。【结果】TaARF20基因包含1个内含子和2个外显子,编码区(CDS)长度为1116 bp,编码371个氨基酸残基,蛋白分子量约40.38 kD,理论等电点(pI)为4.96,脂溶性系数为19.80,疏水性系数为0.985,不稳定系数为50.51,属于不稳定蛋白,定位在细胞核中,含有ARF家族蛋白的保守结构域和B3 DNA结合域,主要由α-螺旋(18.06%)、无规则卷曲(59.57%)和延伸连(22.10%)组成。启动子区含有激素响应、光响应和低温响应等多个顺式作用元件。TaARF20蛋白与二粒小麦ARF20的氨基酸序列相似性最高,亲缘关系也最近。TaARF20融合蛋白在原核系统中成功表达。TaARF20基因在小麦的根、叶、幼穗和籽粒中均有表达,但在幼穗中的相对表达量最高。对于长度为3和4 cm的幼穗来说,普通小麦TaARF20基因的相对表达量低于多子房小麦,但对于长度为5、6、8和9 cm的幼穗,普通小麦TaARF20基因的相对表达量高于多子房小麦。【结论】TaARF20基因在小麦穗生长发育中发挥重要调控作用,推测其是调控穗型、穗大小或穗粒数的关键基因。

小麦TaCO9基因的克隆及功能分析

为了明确TaCO9-1A基因在小麦生长发育中的具体调控机理,该研究以同源克隆的方法成功获得了大麦(Hordeum vulgare)光周期基因HvCO9在小麦(Triticum aestivum)中的直系同源基因TaCO9,并对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活以及表达模式分析;利用农杆菌侵染法转化拟南芥,并对过表达株系进行表型分析。结果表明:(1)TaCO9包含2个外显子和1个内含子,CDS区全长876 bp,编码291个氨基酸,蛋白序列含有特有的CCT结构域,且在不同物种间高度保守。(2)生物信息学分析表明,TaCO9基因编码的蛋白质分子量约为30.7 kD,等电点为6.24;TaCO9的启动子区含有光响应、激素应答和胁迫应答等多种顺式作用元件。(3)亚细胞定位和转录活性分析表明,TaCO9主要定位于细胞核中,且具有转录激活活性。(4)qRT-PCR结果表明,TaCO9基因在各个组织中均有表达,叶片中的表达量最高;在光照14 h条件下TaCO9的表达量显著高于光照10 h和12 h条件下的表达量,且TaCO9在大粒小麦‘西农817’子房与籽粒中的表达量显著高于‘中国春’。(5)经潮霉素筛选成功获得3个转基因拟南芥株系;进一步功能鉴定结果表明,过表达转TaCO9基因拟南芥植株的开花期迟于野生型(对照)3~4 d,但角果和籽粒较野生型大。