利用基因芯片进行分枝小麦幼穗发育中的基因调控研究

【作者】 张卫东； 高庆荣； 赵兰飞； 李骞骞； 王慧娜； 姜晓丽；

【机构】 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室；

【摘要】 普通小麦,为正常穗型(花序),是穗状花序,一个主穗轴上长有多个小穗,小穗由2-5朵小花组成。分枝小麦是普通小麦中导入了圆锥小麦的分枝穗型性状,具有特殊的穗型,在主穗轴上长出分枝穗轴,在分枝穗轴上着生小穗、小花;分枝小麦导致穗粒数的增加,具有巨大的潜在利用价值。本研究利用穗型差异的2个近等基因系,研究它们从茎尖到幼穗的发育历程;以分枝形成期的幼穗为材料,利用基因芯片技术分析了它们的基因表达谱差异。结果表明,分枝小麦和正常穗型小麦的发育历程基本一致,分枝形成是在二棱期到小花分化期之间,分枝小麦发育至二棱期后,幼穗分枝穗轴突起形成,继而形成穗分枝;在物候学方面,分枝小麦在二棱期之前的发育进程与正常穗型小麦一致,但分枝穗轴形成后,分枝小麦的拔节期、抽穗期和开花期分别要晚于正常穗型4.2、2.3 d和1.4 d。在这个分枝差异时期的芯片结果表明,在43803个基因标记中,共检测到31897个信号,其中,差异基因有>8700,两倍以上的1785,四倍以上的有459个。在两倍以上的差异基因中,包括:发育进程相关基因、细胞形态建成、激素反应蛋白、转运蛋白、DNA组装、细胞周期等13类基因。其中,在分枝穗型中,有14个与乙烯反应直接相关的基因表达,包括CTR1(4个),ERF(5个),ERTF(3个)和两个乙烯合成相关蛋白(5,10-methylene-tetrahydrofolatedehydrogenase)。这些结果说明乙烯在分枝穗型的发生和发育中可能有重要作用。随后,通过RT-PCR确定了部分基因的表达结果与芯片一致。本研究在植物激素发育调控和禾本科作物花序发育研究方面具有理论意义,为穗分枝小麦的开发、新种质创制、新穗型品种培育等的实际应用奠定基础。更多还原