人工合成小麦群体成熟胚组织培养特性的遗传分析

小麦遗传转化中，成熟胚具有取材不受季节限制的优势，已经被越来越多的研究者采用。但成熟胚的胚性愈伤诱导能力和植株再生频率较低，是制约其推广的瓶颈。目前，成熟胚的组织培养体系还处于完善阶段，有关控制成熟胚组织培养特性基因的遗传分析还不深入。人工合成六倍体小麦因采用了不同的四倍体和二倍体亲本，比普通小麦具有更为丰富的变异。通过成熟胚培养试验，鉴定出人工合成中SHW-L1比普通小麦具有较高的胚性愈伤诱导率和植株再生率。前期研究，一方面建立了高效的组织培养体系，能保证完成大量的组织培养试验；另一方面，构建了人工合成种SHW-L1和四川主推小麦品种川麦32的重组自交系群体，并进行了遗传连锁作图分析。在此基础上，进一步利用SSR标记和DArT技术进一步完成高密度遗传标记图谱构建。同时，根据群体成熟胚组培能力鉴定结果，对控制成熟胚组织培养能力的相关基因进行QTL定位分析。

为克服小麦幼胚取材受季节性的限制，对小麦成熟胚培养体系进行优化和完善，为人工合成小麦群体成熟胚组织培养奠定了基础。依托普通小麦成熟胚技术平台，建立了高效一粒小麦和节节麦成熟胚的组织培养体系。本研究结合已构建的高密度遗传图谱和多年多点小麦成熟胚组培特性的表型数据，在不同染色体位置鉴定出了数个主效QTL，主要研究结果如下：QTL分析鉴定出8个控制出愈率的主效QTL，都是来源于田间数据，分别位于1D，3B, 5A, 6A, 7A 和6D，LOD值都在3.8以上，能解释8%以上的表型变异。鉴定出7个控制分化率的主效QTL，其中，温室收获的种子鉴定出3个，位于3A和7B上；大田收获种子鉴定出5个，位于1A，3D和6A染色体上,LOD值在3以上，能解释8%以上的表型变异。鉴定出6个控制出苗率的主效QTL，位于1A，1B, 3B，4A及4B染色体上，其中温室收获种子得到3个QTL，田间收获种子得到3个QTL。为了进一步明确组织培养过程中体细胞胚胎发生的调控网络和遗传控制，本研究团队还分离和鉴定了于小麦组织培养胚胎发生相关的基因，如TaWOX2和TaWOX5s基因。克隆得到的获得了小麦WOX2基因序列，全长为2045 bp，编码区长度为969 bp，编码322个氨基酸残基。该基因序列具有WOX家族现代进化支所特有的homeodomain和WUS-box两个特异结构。克隆获得了小麦WOX5基因序列，序列分析的结果表明WOX5基因有分为三种类型，全长分别为1038 bp、1029 bp和1032 bp，编码区长度分别为639 bp、630 bp和633 bp，编码209-212个氨基酸残基。TaWOX5s具有WOX家族现代进化支的3个保守结构域，分别是homeodomain、WOX-box和EAR-like。将TaWOX2和TaWOX5c分别连入原核表达载体pET-30a，转入大肠杆菌BL21(DE3)中经IPTG诱导，成功表达了大约为34-kDa和26-kDa的重组蛋白。通过荧光定量PCR分析了这两个基因在普通小麦中的表达模式，TaWOX2主要在种子发育过程中表达，TaWOX2在种子发育过程中的表达水平很有可能反应了其在胚发育过程中的表达水平，因此，我们推测TaWOX2基因和小麦的胚发育相关。TaWOX5s主要在根和愈伤组织中表达，在愈伤组织中，TaWOX5s在2, 4-D的诱导下表