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高大山羊草优质麦谷蛋白亚基向小麦基因组中的易位转移和面包品质分析

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摘要

英文缩略表

第一章 引言

1.1 小麦加工品质性状

1.2 高大山羊草中的优良基因

1.3 主要分子标记类型

1.3.1 RFLP

1.3.2 RAPD

1.3.3 SSR

1.3.4 EST

1.3.5 STS

1.4 小麦与野生近缘物种易位系创制

1.4.1 小麦与野生近缘物种杂交的意义

1.4.2 异源易位系创制方法

1.4.3 小麦基因组中外源染色体的鉴定

1.5 HMW-GS编码基因的特点和克隆

1.6 本研究的目的和意义

1.7 技术路线

第二章 高大山羊草染色体长、短臂特异分子标记的开发

2.1 试验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 主要试剂

2.1.3 高大山羊草转录组序列

2.2 试验方法

2.2.1 高大山羊草总RNA提取

2.2.2 高大山羊草转录组序列的获取

2.2.3 高大山羊草的特异序列的选取

2.2.4 引物设计

2.2.5 DNA提取

2.2.6 高大山羊草染色体特异分子标记初步筛选

2.2.7 高大山羊草染色体特异分子标记验证

2.3 结果与分析

2.3.1 高大山羊草转录组序列分析

2.3.2 高大山羊草区分长短臂的特异分子标记

2.3.3 高大山羊草特异分子标记比较遗传图谱构建

2.3.4 高大山羊草特异分子标记对应的基因的功能注释

2.4 讨论

第三章 小麦-高大山羊草1S1/1B易位系的筛选和鉴定

3.1 试验材料

3.1.1 植物材料

3.1.2 培养基

3.1.3 主要试剂

3.1.4 引物序列

3.2 试验方法

3.2.2 高大山羊草基因组DNA提取

3.2.3 无性系变异植株DNA提取

3.2.5 原位杂交

3.3 结果与分析

3.3.2 小麦-高大山羊草1S1S·1BL易位系的筛选和鉴定

3.3.3 小麦-高大山羊草1S1L·1BS易位系的筛选和鉴定

3.4 讨论

第四章 小麦-高大山羊草1S1/1B易位系的品质分析

4.1 试验材料

4.1.1 植物材料

4.1.2 主要试剂

4.2 试验方法

4.2.2 SDS-PAGE电泳鉴定HMW-GS

4.2.3 品质分析

4.3 结果与分析

4.3.2 小麦-高大山羊草易位系的粗蛋白分析

4.3.3 小麦-高大山羊草易位系的面团品质分析

4.4 讨论

第五章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历

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摘要

小麦(Triticum aestivum L.)是世界上三大最重要的粮食作物之一,其面团具有独特的粘性和弹性,可以制作成面包、面条、馒头等各种食品。高分子量麦谷蛋白亚基(High molecular weight glutenin subnit,HMW-GS)是小麦籽粒贮藏蛋白的重要组成成分,影响着面团的弹性和加工品质。高大山羊草(Aegilops longissima L.)是小麦重要的近缘二倍体物种,含有大量的优良基因,可用于小麦遗传改良,提高小麦加工品质以及对生物胁迫和非生物胁迫的抗性。本研究拟通过体细胞无性系变异技术诱导小麦1B染色体与高大山羊草1S1染色体间发生整臂易位,同时开发小麦1B染色体和高大山羊草1S1染色体长、短臂特异分子标记,利用分子标记对体细胞无性系变异后代材料进行筛选,创制小麦-高大山羊草1S1L·1BS纯合易位系(20ⅡW+1Ⅱ1SL+IBS)和1S1S·1BL纯合易位系(20ⅡW+1Ⅱ1SS+IBL),并进行初步的品质性状分析。主要研究结果如下:
  1、以小麦-高大山羊草1S1(1B)代换系CB-SLB(2n=42,20ⅡW+1Ⅱ1S)为父本与澳大利亚小麦品种Westonia为母本进行杂交,对授粉15d的F1杂种幼胚进行组织培养,对产生的愈伤组织进行2次继代培养,以诱导小麦1B染色体与高大山羊草1S1染色体间发生整臂易位。然后对愈伤组织进行分化培养,共获得了755株再生植株,植株再生率为181.0%。
  2、从高大山羊草幼苗叶片提取RNA,建立高大山羊草cDNA文库,通过Illumina HiSeq转录组测序,得到了54299378条Raw Reads和Clean Reads和8.14G的Clean bases。对Clean Reads进行转录本拼接之后,得到了102395条unigenes,其中unigenes的N50和N90分别为649bp和236bp。
  3、利用高大山羊草转录组序列和生物信息技术,以小麦-高大山羊草1S1-7S1全套附加系DA1S1#3、DA2S1#3、DA3S1#2、DA4S1#3、DA5S1#3、DA6S1#3、DA7S1#3为材料,共开发了134个高大山羊草1S1-7S1不同染色体臂特异的分子标记,其中,1S1L、1S1S、2S1L、2S1S、3S1L、3S1S、4S1L、4S1S、5S1L、5S1S、6S1L、6S1S、7S1L、7S1S染色体上各有11、10、17、5、4、8、8、7、29、8、11、4、7、5个标记。
  4、利用1S1L、1S1S、1BL、1BS特异分子标记,结合原位杂交技术,筛选CB-SLB与Westona无性系变异群体。在986株TC2群体中获得了3个小麦-高大山羊草1S1S·1BL纯合易位系(20Ⅱw+1Ⅱ1SS+1BL),在831株TC3群体中获得了1个小麦-高大山羊草1S1L·1BS纯合易位系(20ⅡW+1Ⅱ1SL+1BS),在1140株TC4群体中获得了1个小麦-高大山羊草1S1L·1BS纯合易位系(20ⅡW+1Ⅱ1SL+IBS),获得效率分别为0.3%、0.12%和0.088%。
  5、利用SDS-PAGE技术对小麦-高大山羊草1S1L·1BS易位系中HMW-GS组成情况进行了鉴定,发现1SL染色体上的1Sx2.3基因和1Sy16基因均正常表达。进一步对小麦-高大山羊草1S1/1B两类易位系进行了初步的面包品质分析,发现1S1L1BS易位系材料的面团强度和面筋强度比对照材料的要弱,而1S1S·1BL易位系材料的面团强度和面筋强度要强于对照材料。另外,发现易位系材料在北京种植其蛋白含量高于在云南种植的蛋白质含量。

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