摘要: 小麦(Triticumaestivum，2n=6x=42，AABBDD)是世界上最主要的粮食作物之一，其产量问题一直是研究人员们关注的重点。研究表明普通小麦是由栽培二粒小麦(T.dicoccum，2n=4x=28，AABB)和节节麦(Aegilopstauschii，2n=14，DD)杂交加倍形成的。在普通小麦... 展开 小麦(Triticumaestivum，2n=6x=42，AABBDD)是世界上最主要的粮食作物之一，其产量问题一直是研究人员们关注的重点。研究表明普通小麦是由栽培二粒小麦(T.dicoccum，2n=4x=28，AABB)和节节麦(Aegilopstauschii，2n=14，DD)杂交加倍形成的。在普通小麦群体中，D亚基因组遗传多样性远远的低于A和B亚基因组，已成为改良普通小麦的瓶颈，普通小麦D亚基因组的遗传多样性亟待提高。目前，远缘杂交是将外源优良基因导入普通小麦的主要途径。节节麦是普通小麦D基因组的祖先种，且在节节麦野生群体中，含有丰富的与产量和抗性相关的优良基因，是改良小麦的重要基因资源。 在前期的研究中，利用普通小麦周麦18与节节麦T015杂交、回交的方法，获得了一个节节麦-小麦渐渗系群体，其中的一个渐渗系材料KF21，其籽粒大小和粒重在连续3年5个环境条件下均比轮回亲本周麦18显著增加，然而其籽粒增大的分子机制尚不清楚。本研究以节节麦-小麦渐渗系材料KF21及其轮回亲本周麦18为研究材料，利用形态学、细胞学和基因组学方法，揭示KF21籽粒增大的的分子机制。主要得出以下结果： (1)渐渗系材料特征。对渐渗系材料KF21的表型性状进行观察和统计，其幼苗表型和穗型类似于节节麦，茎秆呈紫红色，穗轴较长，小穗壳偏硬，与小麦明显不同；在对重测序结果进行分析后，发现KF21的D基因组中共渗入来自节节麦的2465个基因，其中5D染色体上渗入基因数量最多；KF21的染色体核型鉴定结果显示，KF21根尖细胞中共有42条染色体，A、B、D组各14条，其中，还包含一对来自对照亲本周麦18的1BL/1RS染色体；这些结果表明KF21是一个真实稳定的渐渗系材料。 (2)渐渗系KF21和周麦18的籽粒表型比较。分别取100粒较均匀的成熟籽粒测量粒长、粒宽、周长、面积和百粒重并进行分析，结果显示，除粒宽外KF21的其他性状与周麦18之间差异均显著(P<0.05)。KF21籽粒平均粒长7.76mm，与周麦18籽粒相比属于细长型；KF21的百粒重为5.98g，与周麦18相比增加了1.13g，其产量显著增高。为进一步探究KF21和周麦18不同发育时期的籽粒差异，从开花授粉后1天开始，比较它们每一天的粒长、粒宽、鲜重，结果显示在7天-10天期间KF21和周麦18增长速率均较快，KF21粒长共增长2.43mm，周麦18粒长共增长2.14mm，授粉后12天时籽粒形态基本不再发生改变，内部营养物质仍在继续积累，因此籽粒鲜重还将持续增加。 (3)为探究调控渐渗系材料KF21籽粒大小的分子机制，对KF21及其对照亲本周麦18授粉后8天、10天以及11天的果皮、种皮和胚乳等16个样品进行转录组测序，共得到了233.26Gb的数据，转录组数据质量较好且可靠，可用于后续研究中。其中差异表达基因主要分布在B组和D组，A组较少；果皮和种皮中的差异表达基因较多，而胚乳中较少；从不同时期来看，11天的材料中差异表达基因最多。使用Geneontology(GO)对转录组进行功能分析，共发现3922个显著性富集的GO条目，主要被分为生物过程和分子功能两个部分，分别包含86和41个子类别。进一步使用KEGGpathway对代谢通路进行分析，共注释到1345条差异表达基因，可分为16个类别。 (4)参考已报道的拟南芥生长素信号途径，鉴定出小麦中的相关同源基因，渐渗系KF21中的一些生长素信号途径的关键基因表达量FPKM值显著高于周麦18中的表达量。吲哚乙酸(IAA)前物质色氨酸合成途径中的色氨酸合成酶为TSA/TSB。TSA在小麦中的同源基因，其表达量在KF2110天的果皮中达到最大值27.56，8天的胚乳中与周麦18差异倍数最大，为27倍。TSB的同源基因表达量整体变化趋势为随天数逐渐增加，在KF2111天的果皮中达到最大值47.52，与周麦18的差异倍数为2.2倍。吲哚丙酮酸(IPyA)途径中氨基转移酶AMI1的同源基因在KF2110天的果皮中表达量达到最大值9.98，与周麦18的差异倍数为9980倍。吲哚乙酰胺(IAM)途径中的酰胺酶AMI1在小麦中的两个同源基因表达量在KF2111天的果皮中达到最大值，分别为12.85、10.32，与周麦18差异倍数分别为128.5倍、10320倍。而茉莉酸和赤霉素信号途径相关基因在KF21和周麦18中的表达模式类似，差异并不显著。以上表达量结果表明生长素信号途径的同源基因在小麦中的表达模式与KF21籽粒增大的现象基本符合，说明生长素在籽粒的发育过程中起到很重要的作用。 收起