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种质资源是作物遗传改良的前提与基础。诱变育种可快速拓宽种质资源的遗传基础,缓解传统育种中种质资源遗传基础狭窄的问题。定向诱导基因组局部突变(Targeting Induced Local Lesions In Genomes,TILLING)技术是一种高效的反向遗传学突变筛选技术,通过化学试剂诱变、PCR技术和突变体分子检测技术,实现突变体的大群体快速高效鉴定。目前该技术已在多种农作物育种实践中得到广泛应用,大幅度的提高了诱变育种的效率。 本研究拟利用化学诱变试剂甲基磺酸乙酯(Ethyl methanesulfonate,EMS)诱变处理小麦种子创建TILLING突变群体,并由优良小麦种质资源构建Eco-TILLING群体。建立和优化利用芹菜内切核酸酶 CEL I方法检测小麦细胞分裂素氧化酶基因(TaCKX1)点突变的筛选体系。同时比较分析芹菜不同器官、品种等因素对CEL I核酸酶粗提物提取量及酶活性的影响,以期为TILLING技术在小麦分子诱变育种中的突变体筛选和基因功能分析奠定基础。主要结果如下: 1、EMS-TILLING诱变群体的创建和Eco-TILLIN G群体的构建。对多个小麦品种的实验结果表明,本实验条件下最适宜的EMS半致死剂量浓度为1.3%。以此浓度的EMS溶液处理我国黄淮、华北小麦主栽区大面积种植或新育成的小麦品种,济麦22、烟农21、烟农5286及鲁麦21,获得了由1700余个M2突变体携带株构成的TILLING群体及其单株基因组DNA组成的突变基因库。同时构建了由来自全国各主要小麦产区872个主推品种和优良种质资源组成的Eco-TILLING群体及其单株基因组 DNA组成的Eco-TILLING基因库。可用于进行小麦任何目标突变基因和优良自然变异基因的分子筛选。筛选出的突变体除含有目标性状的突变基因外,其综合农艺性状和重要经济性状水平一般都会是很高的,因此可以直接应用于小麦分子育种和常规育种程序,进行优良新品种的选育。 2、从西芹、山芹和马家沟芹的根、茎、叶组织中成功提取出具有活性的CEL I核酸酶粗提物,并优化了提取方法,大幅度提高了CEL I核酸酶粗提物的提取量。成功建立了利用单一碱基差异的两个目的DNA片段所形成的杂交链为底物鉴定CELI核酸酶活性的技术流程,为CEL I核酸酶的活性检测提供了一条可靠、快速、高效的方法,对TILLING技术的广泛应用具有重要实践意义。 3、小麦细胞分裂素氧化酶基因(TaCKX1)突变体检测体系的建立。鉴于目前国内外尚无任何关于异源六倍体小麦 TaCKX1完整基因结构和亚组分配的报道,本研究采用系统的生物信息学分析,综合利用本实验室近期完成的6个小麦 RNA-seq转录组序列库和NCBI现有序列信息,成功地确定了小麦TaCKX1的A、B、D三个部分同源基因的全长基因序列。并通过整合近期完成的小麦基因组dra ft序列信息,分别推测出三个部分同源基因的完整结构。氨基酸和DN A水平上的多重序列比对结果表明,尽管三个部分同源基因的编码区序列相似性极高,都可能转录出完整的TaCKX1蛋白序列,但它们的内含子序列差异较大。因此,很可能因为对基因表达具有重要调控功能的内含子序列的差异导致三个部分同源基因的表达差异。为达到对三个部分同源基因的突变体进行分别检测的目的,本研究针对各部分同源基因分别设计了特异PCR引物。现已获得TaCKX1a和TaCKX1b两个基因片段序列,并确定它们分别位于A、B两个亚基因组。以TaCKX1b为PCR引物对100份TILLING库DNA进行预筛选的结果表明,所设计的PCR引物可以用来后续扫描 TILLING和Eco-TILLING库,进行TaCKX1基因突变体的分子筛选。