一个小麦耐光氧化相关基因的分离及功能标记开发

作为C3作物的小麦，其光饱和点较低，在灌浆期易发生光抑制和光氧化，严重时导致叶绿素降解和叶片早衰，是限制小麦产量进一步提高的重要因子之一，而培育耐光氧化品种是一种既经济又有效的解决途径。发掘小麦耐光氧化相关基因不仅可以促进其分子机理研究，而且在耐光氧化品种选育中具有重要的理论指导意义和应用价值。.本课题组在前期研究中发现一个分子量约40kD的光氧化诱导蛋白，其表达丰度与小麦光氧化敏感性密切相关。本项目拟利用双向电泳技术分离和富集该蛋白，并进行质谱分析和氨基酸测序；在此基础上进行国际蛋白质/基因数据库匹配分析，利用电子克隆、RACE、Genome walker等技术获得该基因的全长DNA、cDNA及其调控序列，鉴定其等位变异与耐光氧化性差异的关系，开发功能标记，用于小麦耐光氧化分子标记辅助选择和优异种质筛选，提高育种效率。

小麦灌浆期叶片耐光氧化特性对粒重及产量具有重要影响，研究小麦耐光氧化特性的分子遗传机制在小麦种质资源鉴定、新品种选育等方面具有重要的应用价值。本项目以挖掘小麦耐光氧化相关基因为研究方向，主要内容包括：利用已鉴定的小麦耐光氧化相关蛋白氨基酸残基序列为基础，通过电子克隆、基因扩增及RACE技术等手段克隆目标蛋白基因。分析该基因表达与小麦旗叶耐光氧化特性的内在联系。根据克隆的目标基因序列开发功能标记，利用不同环境下田间数据验证该标记的有效性和准确性，并用于小麦耐光氧化特性的种质资源筛选、鉴定以及杂交后代的分子标记辅助选择。. 任务执行情况：通过GenBank的序列搜索、比对、电子克隆及PCR扩增、测序等技术手段，获得目标基因的DNA序列和cDNA序列。通过同源分析和比对，证实该基因为小麦细胞分裂素基因Tackx4。根据该基因序列开发一对功能标记T19-20，并在京411和红芒春21构建的重组自交系（RILs）群体和264份小麦育种材料中加以作用评估和验证，证实该基因变异对小麦耐光氧化特性、籽粒灌浆中前期叶绿素含量、粒重等性状具有显著的作用，特别是对旗叶叶绿素含量、粒重的影响更为明显。通过QTL定位和连锁分析，Tackx4定位于小麦3AL上，该位点可解释小麦叶绿素含量、粒重及耐光氧化性的8.2~20.1%的表型变异。通过不同环境的田间数据，证实该位点较为稳定，T19-20功能标记可较好应用于小麦花后叶绿素含量、光氧化耐性、粒重的分子标记辅助选择。利用该基因标记并结合田间性状测定，鉴定出25个较耐光氧化的小麦种质资源，在小麦育种中具有较高的应用价值。在目标基因的表达研究中，证实该基因主要在叶片和穗中表达，花后旗叶Tackx4表达量与小麦叶绿素含量、千粒重呈显著负相关；该基因表达量高不利于提高叶片的耐光氧化性。. 通过本项目的研究，鉴定出与小麦耐光氧化特性相关的，调控小麦花后旗叶叶绿素含量、千粒重的目的基因Tackx4，并完成基因克隆、功能标记开发及种质资源鉴定等内容。培养研究生6名，其中3人已毕业。发表相关著作8篇（包括通讯作者及指导老师），其中核心期刊学术论文5篇，1篇被SCI收录；另有1篇SCI论文已投稿。指导3篇硕士学位论文。. 该项目执行期为2011.1-2013.12，已按原计划完成。