创新实验设计-小麦磷高效基因taphr1的遗传

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1、还北农林弄牧大学生物技术实验设计方案题B：小麦磷高效基因TaPHRl的遗传转化研究及转基因后代鉴定院（系）农学院专业班级姓名学号成绩完成日期：2015.06.14—、立论依据「项目的研究意义小麦是世界上种植面积最广的粮食作物，也是我国最重要的粮食作物之一，其产量的高低和品质的好坏影响到我国国民经济发展水平的高低。因而，小麦品质的遗传改良一育受到广泛的重视。由于传统的育种方式难以满足现代社会中人们对小麦产量和品质的需求，因此采用基因工程技术将控制优良性状的基因导入小麦品种，是近年来发展起来的新的品种改良方法。经过十多年的研究与探索，多种外源基因转化技术在小麦上应用并获得了成功，在提高小

2、麦抗病虫害能力、抗逆性、改善品质和雄性不育利用等方面展现出了良好的应用前景。转基因技术是指用人工方法将外源基因或DNA导入受体牛物细胞中，稳定地整合、表达并遗传的技术。自从1992年Vasil等利用基因枪法获得第一例转基因小麦以来，各国研究人员利用多种遗传转化技术体系，将不同目的基因导入小麦，得到了转基因植株。而随着人们对农杆菌转化系统认识的深入及农杆菌介导技术在小麦遗传转化上优势的凸现，农杆菌介导法已逐渐开始取代基因枪法，成为人们进行小麦转基因研究的主要方法。磷是植物正常牛长发育必需的营养元素，它不仅是植物体内核酸、核蛋白、磷脂等多种重要化合物的组分，而且以多种方式参与植物体内的生

3、理过程，在碳水化合物、氮素、脂肪代谢，细胞的能量转换、呼吸和光合等代谢活动中都具有重要作用。充足的磷营养促进植物的生长发育，提高植物抵御旱、寒和盐碱等胁迫的能力。小麦是我国重要的粮食作物z—,而大多数小麦品种对磷肥的利用率仅为6%・26%。我国冬小麦主产区大多分布在缺磷的石灰性土壤上，土壤中有效磷含量远低于小麦正常牛长的需求，这已成为小麦生产的主要限制因素之一。因此，进行小麦磷高效基因遗传转化方面的研究，对于提高小麦对土壤磷和磷肥的利用效率具有十分重要的意义。2.国内外研究现状分析2.1小麦遗传转化研究概况小麦是最后一个获得转化成功的重要禾谷类作物。1991至1993年间，Vasil

4、等利用基因枪法转化小麦悬浮细胞、长期培养的胚性愈伤组织及幼胚，首次得到相应的转基因植株(Vasiletal.1992：Weeksetal.1993)。随后，国内外育种家分别采用PEG法(Guoetal.,1993)、电击原牛质体法(Heetal.,1994).激光微朿穿刺法(Wangetal・，1995)、花粉管通道法(曾君祉等，1998)、农杆菌介导法(夏光敏等，1999)等技术获得了转报告基因的小麦再生植株。迄今为止，转基因技术在小麦遗传改良方面取得了巨大进展，多种冃的基因己成功地导入小麦植株并得到表达（叶兴国等，2011）o虽然近年来对转基因小麦的研究发展很快，并取得了一定的成

5、就，但与双子叶植物相比，甚至与其他禾谷类作物相比，仍然存在较大的差距。尽管许多因素延缓了小麦转基因研究的进展，但是随着多种转基因技术的建立，特别是各种辅助农杆菌介导技术的成熟，将进一步优化和完善小麦转基因技术体系，研究方向也将会由以基因枪法为主而逐渐转向以农杆菌介导法为主。2.3小麦磷高效基因的遗传学研究植物利用土壤磷的特性是一系列形态、牛理、生化特性的综合反映，而这些特性又均受控于特定的遗传机制。进行小麦磷高效基因遗传改良研究，对发掘其遗传多样性、提高对土壤磷和磷肥的利用效率具有重要的意义。近年来，很多学者从细胞遗传学（有研究表明，磷效率在不同倍性小麦Z间存在差异，二倍体高于四倍体

6、，四倍体高于六倍体（Battencl：al.,1992））、数量遗传学（研究发现，磷高效基因型小麦的需磷阈值相对较低；小麦的光能利用效率、植株的保水能力、牛物膜的抗氧化能力都与不同基因型的磷效率密切相关。在低磷条件下，不同品种耐低磷的能力差异很大（王树亮等，2008））、分子遗传学（有关磷效率分子遗传的研究主要包括两部分，一是相关性状的QTLs定位，二是与磷的活化、吸收、利用有关的基因克隆（周志高等，2005））等方面展开研究，取得了一系列成果。与磷效率有关的基因克隆主要包括磷酸盐转运子基因和缺磷诱导表达基因。目前已克隆了4个高亲和力磷酸根转运蛋白基因，并证实其中一个成员TaPT2的

7、表达差异是导致小麦品种间磷效率差异的原因之一。2.4磷高效基因pTaPHRl在磷胁迫条件下，植物需要一个或多个机制去感受磷信号，从而引起某些相关基因转录,转录产物又会积极响应磷信号，使植物提高对磷的吸收和利用效率。作为关键转录因子,PHR1己经被确定可以在磷胁迫下进行响应（Rubioetal.,2001；Franc-Zoriliaetal.02004）0同时，还有两个基因SIZ1（Miuraetal.,2005）、PH02和一个mieroRNA（miR39