二穗短柄草bdhtal的基因克隆和功能分析

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1、前言刖舌小麦(TriticumaestivumLirlIL)是世界上最重要的粮食作物之一，在我国为仅次于水稻(Oryzasativa)的第二大粮食作物。对人民生产和生活有重要的意义，其生产直接关系到我国的粮食安全。因而小麦品种的遗传改良一直倍受重视。但是小麦是异源六倍体植物，其基因组庞大、重复序列多、再生能力差、转化效率低、外源基因导入容易沉默和修饰，所以其遗传转化困难。这就严重的限制了小麦基因组学、分子生物学以及育种学的发展。而作为早熟禾亚科的模式植物——二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)，

2、因染色体组简单、基因重复序列少、容易获得胚性愈伤、再生能力强等特点，其遗传转化就容易很多。并且二穗短柄草无论是在亲缘关系(较晚从冷季型禾本科中分离出来)上，还是在基因组成(重要基因共线区)和很多重要农艺性状(株型、穗型、粒型、病原菌、抗逆性和生长习性等)上，都与小麦具有高度的相似性，是小麦理想的模式植物。加之2010年二穗短柄草BD21测序结果的发布，使得二穗短柄草作为小麦模式植物进行植物学、细胞遗传学、分子生物学、基因组学、组织培养和遗传转化研究成为可能。针对小麦基因转化困难、转化效率低下等问题，拟以早熟禾亚科模式

3、植物——二穗短柄草BdHTA，和拟南芥(Arabidopsisthaliana)的AtHTAl为研究对象，对BdHTAl的功能进行解析、重点分析比较不同的外源和内源HTAl在二穗短柄草中对农杆菌转化促控机理的异同，并在小麦中加以验证。在科学上重点揭示外源和内源HTAl对农杆菌转化的调控机制，探讨利用HTAl提高早熟禾亚科转基因效率的技术可行性，为突破农杆菌转化法在小麦转基因应用的瓶颈提供理论依据及建立相应的高效遗传转化技术体系。Vl文献综述1文献综述1．1新型禾本科模式植物——二穗短柄草(Brachypodiumdi

4、stachyon)二穗短柄草与其他禾本科之间的亲缘关系较近，具有禾本科植物最小的基因组，有和小麦高度相似的基因组序列和很多重要农艺性状。有二倍体和一系列多倍体，跟小麦相似。并且有理想的形态和生长特征，丰富的遗传、变异材料，易于遗传转化等特点。所以近几年二穗短柄草越来越引起国内外分子生物学研究者的重视，对其植物学特性、细胞遗传学特性、分子生物学特性、基因组学发掘、组织培养和遗传转化性能等进行了研究，以获取禾本科基因组中尤其是麦类植物基因组中重要基因共线区信息等。且2010年2月，二穗短柄草(Brachypodiumdi

5、stachyon)二倍体自交系BD21测序结果发布(TheInternationalBrachypodiumInitiative，2010)，使得二穗短柄草的选择和利用对于小麦植物遗传分析、基因克隆、基因变异和功能基因组的研究极具价值。1．1．1模式植物的概念及特点1．1．1．1概念所谓模式植物，就是指一种植物的特征很明显的，可以很容易和其他植物区别的植物，一般都由命名的哪个植物学家采的标本为准，所以目前世界上已经定名的每一种植物都有模式植物。生物的多样性是在进化过程中形成的，不同的生物有不同的形态结构和生理特征，但

6、对生命活动有关的基因却是高度保守的。因此，可以从模式生物着手，先弄清楚低等生物的相对比较简单的基因组和生理功能，再以此为基础进一步研究复杂系统。1．1．1．2模式植物的特点对生物界的某一大类群具有很高的代表性，能够便于回答研究者所关注的问题；对人体和环境没有危害，容易获得母本材料并易于在实验室内繁殖；世代周期短、繁殖子代多、遗传背景清楚；容易进行实验操作尤其是遗传操作的手段以及表型分析的方法等等。这些都是成为模式植物所必不可少的特点。1．1．2禾本科模式植物——二穗短柄草拟南芥(Arabidopsisthaliana

7、)和水稻(Oryzasativa)的研究，推动了植物界甚至生物界基因组学系统的研究，推动了发育生物学、比较基因学、结构基因组学、功二穗短柄草BdHTAl基因的克隆和功能分析能基因组学、生物信息学、植物学等多学科的发展。那为什么同属于禾本科模式植物的水稻研究很清楚的情况下还要研究二穗短柄草呢?这是因为水稻的生长条件极为严格：生育期较长；且很早从冷季型禾本科中进化分离出来，其基因组、重要共线区序列与普通小麦(Triticumaestivum)、大麦(Hordeumvulgate)等温带禾本科植物差异较大，这些就限制了水稻

8、作为模式植物在单子叶植物中尤其是麦类作物中的通用性。所以寻找具有麦类作物代表性的物种进行研究，以揭示麦类作物基因组中重要功能基因的作用就显得尤为重要。这时，二穗短柄草作为禾本科特别是麦类作物新型模式植物研究从此开始。1．1．2．1二穗短柄草的特点二穗短柄草属于禾本科植物，广泛分布于温带地区，株高15．20cm，一年生，自花授粉，生长期70．80