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多倍化是植物物种形成和进化的重要驱动力。普通小麦是典型的异源六倍体,经历了两次杂交加倍过程而形成,在形态、生理和产量等性状上较其供体祖先种方面表现出明显的优势,但对根系性状的研究和认识相对比较有限。本论文在实验室前期研究的基础上,对多倍体小麦形成和进化过程中苗期侧根数目和根毛长度形成的分子基础进行了集中深入地探讨。主要结果如下:1.侧根数目:首先,以3份人工合成异源六倍体小麦及其亲本为材料进行了研究,发现发芽后第8天粗山羊草(DD)的初生主根侧根数目最多,人工合成异源六倍体小麦居中,异源四倍体小麦最少,即六倍体小麦侧根数目均表现为中亲优势;其次,以77份天然存在的不同倍性小麦为材料进行了分析,发现在二倍体水平上,DD基因组小麦的侧根数目明显高于SS和AA基因组,而与四倍体(BBAA)和二倍体祖先种(AA和SS)相比,六倍体小麦(BBAADD)的侧根数目较多,但是低于二倍体祖先种粗山羊草(DD)。深入研究证实,TaLBD16基因表达水平与不同倍性小麦侧根数目变异呈显著正相关(P<0.01)。另外,TaLBD16基因的超表达转基因小麦株系的侧根数目显著高于野生型。研究还发现,转基因株系在营养胁迫条件下的地上部生物量明显高于野生型,说明在营养胁迫条件下,苗期侧根数目的增多有利于小麦吸收营养物质,进而促进地上部生长。基于前期和上述研究结果,我们提出二倍体祖先种粗山羊草对异源六倍体小麦的苗期侧根数目增加有重要贡献,且TaLBD16为控制不同倍性小麦侧根数目变异的重要基因。2.根毛长度:为了探讨异源多倍体小麦根毛长度优势形成的分子机理,建立了人工合成异源四倍体小麦与亲本的转录组差异表达谱。在鉴定到7836个非加性表达基因中,有20个乙烯生物合成途径相关基因,其中14个为偏高亲表达,4个为超高亲表达,这与异源四倍体小麦的苗期根系内源乙烯含量偏高亲相吻合。另外,外源乙烯合成前体1-氨基环丙烷羧酸(ACC)处理能够促进根毛长度增加,而乙烯合成抑制剂氨氧乙基乙烯基甘氨酸(AVG)则显著抑制根毛伸长,并且人工合成异源四倍体小麦与亲本对外源ACC和AVG处理的敏感性存在显著差异。深入研究发现,乙烯可以正向调控多倍体小麦根毛长度优势的关键基因TaRSL4的表达,且TaRSL4的超表达株系与野生型对外源ACC和AVG处理的敏感性也存在显著差异。据此,初步提出了人工合成异源四倍体小麦根毛长度优势形成的乙烯分子调控模式。