小麦转录因子Dof、bZIP家族基因的鉴定与TaDof7A的关联分析

摘要

小麦加工品质主要取决于面筋蛋白的组分与含量，而面筋蛋白由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成，其中麦谷蛋白主要影响面筋的弹性，而麦醇溶蛋白决定了面筋的延展性和粘性。Dof与bZIP均是植物中广泛存在的转录因子家族，在植物的生长发育、抗逆及代谢等过程中均发挥重要功能。在玉米中研究发现，Dof与bZIP参与了醇溶蛋白的合成，而小麦中这两类转录因子对面筋蛋白的调控机制尚不清楚。本研究基于小麦已公布基因组序列，通过生物信息学方法对Dof、bZIP两大转录因子家族进行全面鉴定与分析，并利用转录组数据分离出小麦籽粒胚乳强表达基因;进一步通过基因克隆、序列比对、标记开发，并结合品质数据分析，进行候选基因关联分析。 研究结果如下: 1.从小麦全基因组数据库中共鉴定得到45个TaDof及183个TabZIP转录因子;并通过Blast比对，发现45个TaDofs分布在除7A、6B、7B以及7D外的17条染色体上。进化分析表明，TaDof蛋白序列与拟南芥分类一致;并通过MEME及SWISS-MODEL数据库对TaDof家族的蛋白模体结构及三级空间结构进行预测，结果显示这些模体结构都高度一致，极为保守。 2.根据小麦的转录组表达量数据，对两大家族成员基因的组织表达特性进行了分析:小麦Dof转录因子TaDof1在穗中特异表达，TaDof7在茎与籽粒胚乳中呈现强表达，而TaDof10在胚乳中特异表达;小麦bZIP转录因子TabZIP8、TabZIP51在籽粒中特异强表达。 3.构建了WGCNA（加权基因共表达网络），经分析发现TaDof10与α、ω以及γ三个类型的小麦醇溶蛋白基因均存在共表达关系，表明TaDof10可能参与了籽粒醇溶蛋白基因的表达调控;TaDof7与TabZIP8于籽粒胚乳中存在共表达，说明在小麦籽粒中可能存在Dof、bZIP转录因子基因互作关系。 4.由于TaDof7对小麦面筋蛋白的作用机制尚不清楚，因此在强筋小麦品种郑麦366中克隆TaDof7A。经测序分析，与中国春相比，共存在36个单核苷酸变异位点。为了挖掘TaDof7的优异等位变异位点，基于SNV差异，开发出功能标记DOF7A-1，该标记在郑麦366中能扩增出226bp的片段，而在中国春中无目标条带。进一步利用DOF7A-1标记对146分不同小麦材料进行检测，其中78份材料有目标条带，68份材料无目标条带。结合品质数据，经统计学关联分析发现:两类材料的蛋白含量差异达显著水平(P＜0.05);吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度差异均达到极显著水平(P＜0.01)。因此，该标记可应用于优质小麦分子标记辅助育种工作。

目录

声明

致谢

摘要

1文献综述

1．1．2麦醇溶蛋白研究概况

1．1．3玉米醇溶蛋白基因调控机理

1．2转录因子

1．3．1 Dof转录因子结构

1．3．3 Dof转录因子家族进化分类

1．3．4 Dof转录因子功能介绍

1．3．5小麦Dof基因研究进展

1．4 bZIP转录因子研究现状

1．4．2小麦bZIP基因研究进展

1．5关联分析及应用

1．6小麦基因组测序进展

2引言

3材料与方法

3．1实验材料

3．1．1供试小麦原材料

3．1．2试剂材料

3．1．3仪器设备

3．2分子实验方法

3．2．2总RNA的提取

3．2．3反转录cDNA链合成

3．2．4目的基因TaDof7A克隆

3．2．5实时荧光定量PCR

3．2．6群体材料多态性分析及功能标记开发

3．3生物信息学分析方法

3．3．4小麦Dof、bZIP基因表达谱分析

3．3．5共表达网络构建

4结果与分析

4．1小麦Dof转录因子研究结果

4．1．1小麦Dof转录因子家族的鉴定

4．1．2小麦Dof基因染色体定位、基因复制及基因结构

4．1．3小麦Dof蛋白的模体结构序列、三维结构预测及进化关系

4．1．4小麦Dof基因的表达模式

4．1．5小麦bZIP基因的表达模式

4．2小麦Dof及醇溶蛋白基因的网络共表达分析

4．3小麦TaDof7A的克隆及生物信息学分析

4．3．1TaDof7A的克隆

4．3．2TaDof7A的生物信息学分析

4．3．3TaDof7A的组织表达模式

4．4基因TaDof7A的序列多态性分析

4．5 DOF7A-1标记的开发

4．6 DOF7A-1标记与小麦品质性状关联分析

5结论与讨论

5．1小麦Dof、bZIP基因的鉴定

5．2小麦Dof家族基因结构、进化分析

5．4TaDof7A的克隆及生物信息学分析

5．5TaDof7A的序列多态性分析及Dof7A-1标记的开发

附录

参考文献