1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
大麦是世界上最古老和最重要的作物之一,具有抗逆性强,适应性广,生育期短等优秀性状,是排在玉米、水稻、小麦后的第四大谷类作物[1]。另外,大麦是二倍体自花授粉作物,相对于六倍体小麦,大麦遗传变异丰富,是研究麦类作物的模式植物[2,3]。近年来随着水稻、拟南芥等模式作物研究的深入,已经展示了模式作物在功能基因的研究以及作物育种中的作用潜力。基因突变体的诱致和利用以及发掘和定位大麦重要性状基因,开展相关遗传机制研究有利于促进大麦品种改良,可以为现在育种资源狭窄的困境提供解决方法[4],因此引起了大量的关注和研究。如今,越来越多的研究人员利用分子标记技术来识别影响作物重要性状的基因[5]。分子标记技术可以帮助了解大麦重要经济性状的遗传基础,利用分子标记技术对突变位点所在染色体和所在区段进行初步定位和分析是进一步精细定位的基础,也是遗传学研究中的重要环节和基础工作。
优良基因的鉴定和利用是大麦遗传育种的重要条件,分子标记技术的发展为定位大麦重要性状基因提供了一个有效的途径。目前,利用分子标记对大麦重要性状基因的定位研究已经取得了很多进展,feng 等[6]利用分子标记在裸大麦分枝穗突变体中发掘了穗发育基因bm,并将其初步定位在大麦4h染色体短臂上。张京[7]通过ssr标记把我国大麦矮源品种所携带的矮秆基因uz初步定位在染色体3h上的hvm33和hvm60之间,遗传距离大约分别有3.4cm和10.6cm。huang等[8]将从多棱皮大麦分枝突变体(prbs)中发掘的分枝穗发育prbs基因初步定位在大麦3h 染色体短臂上。金婷[9]将白化颖壳基因初步定位在3h染色体上的 bmag0508a和bmac0871之间,遗传距离分别为0.2cm和0.7cm。对目标基因的定位和克隆可以进一步分析目标基因的功能,了解目标基因的作用机理,有利于加快大麦新品种的选育。
辐射诱变不仅能引起基因突变,还可以引起染色体结构变异。孙振雷等[10]诱致获得了四个染色体易位突变体,其籽粒产量、分蘖力、蛋白质含量等方面优于对照,相关基因的定位和克隆有利于大麦种质资源的挖掘,可以作为高产育种和品质育种的亲本材料。除此以外,大麦生育期,叶片性状,株高,穗部性状以及抗逆性等性状也获得了较多突变体[11]。利用这些突变体开展目标基因的定位、克隆也取得了一定进展。例如,李志勇[12]利用416对ssr标记将叶色突变基因ylm-1定位于第三染色体长臂标记3h545与标记3h550之间,叶色可以显著影响大麦的光合效率,对大麦产量造成影响,叶色突变基因的定位与挖掘对其光合机制研究和高光效育种具有利用价值,因为叶绿素是植物光合作用中重要的光合色素,也是植物叶色和经济产量的重要决定因素之一。王容[13]通过对啤酒大麦品种vlamingh进行辐射处理,获得了一个高温下叶片表现黄化的突变体v-v-y,实验表明,该突变体在常温时叶片呈现绿色,与野生型没有区别,高温处理后,突变体叶色转黄。遗传分析表明,该突变体叶片高温黄化由单基因(vvy)控制,初步定位表明vvy基因位于4h染色体末端,介于标记1-0269到1-0531之间,遗传距离2.2cm,物理距9.85mb,此为首次定位了一个大麦温度敏感的叶绿素合成基因,为后续克隆和研究该基因的功能奠定了基础。
2. 研究的基本内容和问题
本研究主要通过PCR技术,利用分子标记对突变材料DNA进行扩增,再利用聚丙烯酰胺凝胶电泳对扩增结果进行鉴定,以此来初步确定突变位点的所在染色体和所在区段,对突变位点进行初步定位,为突变基因的深入研究打下基础。
3. 研究的方法与方案
通过PCR技术,利用分子标记对大麦突变材料DNA进行扩增,再利用聚丙烯酰胺凝胶电泳对扩增结果进行鉴定,若对照条带存在并且目标条带缺失则可以初步确定突变位点所在染色体和所在区段。本课题所采用的技术和方案已经较为成熟,方案可行。
4. 研究创新点
本实验所使用的25个突变体引自浙江农业科学院尚毅博士,为电离辐射诱致,涉及大麦旗叶、芒、穗分化以及矮化和白化等变异,通过利用分子标记可以初步确定突变位点所在染色体和所在区段。
5. 研究计划与进展
2018年11月-2018年12月 掌握实验技能2019年1月-2019年3月 利用分子标记对突变位点所在染色体和所在区段进行初步定位
2019年4月-2019年5月 整理实验数据,撰写毕业论文
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