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膨胀素是在酸性条件下诱导植物细胞发生松弛和不可逆伸展的细胞壁蛋白,在植物的生长发育过程中起重要作用。在前期小麦膨胀素家族基因克隆和表达特性分析的基础上,本论文筛选了其中受赤霉素诱导的家族成员,获得了4个受赤霉素诱导表达的膨胀素基因的启动子及上游调控序列,并对其中一个TaEXPB2基因的部分同源基因及其等位基因的表达进行了较系统研究。主要研究成果如下:
1.采用半定量RT-PCR方法,检测了小麦膨胀素基因在赤霉素诱导下的表达模式,发现不同膨胀素基因对赤霉素的响应有所不同,其中TaEXPB1、TaEXPB2、TaEXPB7、TaEXPB8、TaEXPB9、TaEXPA1、TaEXPA3等7个膨胀素基因在赤霉素处理后增强表达。
2.采用GenomeWalker的方法,获得了4个小麦膨胀素基因(TaEXPB2、TaEXPB7、TaEXPB9、TaEXPA1)的启动子和上游调控序列,利用5RACE的方法确定了这些基因的转录起始位点,并利用植物顺式作用元件数据库对各启动子区所含的顺式作用元件进行了分析。发现在响应赤霉素的小麦膨胀素基因的启动子区含有赤霉素的响应元件。
3.对TaEXPB2基因的启动子进行了较深入研究,包括启动子的多态性、表达活性及染色体定位分析。结果发现,TaEXPB2基因的启动子区域在不同小麦品种中存在单倍型差异,可以分为长、短两种类型。长启动子单倍型在转录起始位点前56bp处有一个276bp的MITE插入。该MITE属于tourist-like类型转座子。将含有MITE插入的TaEXPB2基因启动子构建GUS报告载体转化拟南芥,组织化学染色发现该启动子可以驱动GUS基因在拟南芥的根、茎、叶、花和果荚中表达,表明该启动子是具有活性的组成型表达的启动子。定位研究表明,克隆到的TaEXPB2基因启动子位于中国春1A染色体长臂0.17-0.46的位置。
4.对TaEXPB2基因的结构、染色体位置、部分同源染色体上部分同源基因之间的序列差异及表达差异进行了深入的研究。通过3RACE获得了TaEXPB2基因的3非翻译区。克隆了小麦A、B、D三个基因组上的TaEXPB2基因的三个部分同源基因TaEXPB2-1A,TaEXPB2-1B,和TaEXPB2-1D,并利用中国春的缺体-四体系、端体系和缺失系将这三个部分同源基因定位在染色体的1AL-1(0.17-0.46),1BL-6(0.32-0.47)、1DL-2(0.41-1)区域。
5.在不同小麦品种(系)中分析了TaEXPB2基因部分同源基因之间的相对表达。结果表明:在所有小麦品种(系)中以TaEXPB2-JB基因表达量最高;在启动子区没有MITE转座子插入的小麦品种中,TaEXPB2-1A基因的表达量高于TaEXPB2-1D;在启动子区有MITE转座子插入的小麦品种中TaEXPB2-1A基因的表达量与TaEXPB2-1D基因的表达量基本相等。
6.对F<,1>中TaEXPB2-1A和TaEXPB2-1B等位基因差异表达进行了研究。发现,TaEXPB2-1A,TaEXPB2-1B基因在杂种F<,1>中存在等位基因差异表达。TaEXPB2-1A基因等位基因之间的差异受cis×trans的调控,TaEXPB2-1B基因等位基因之间的差异表达调控模式比较复杂。