全 文 ：小麦钙网蛋白基因 TaCRT鄄A多态性及其定位*
王计平1,2 摇 毛新国1 摇 李润植2 摇 景蕊莲1**
( 1中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程 /农业部作物种质资源利用重点开放实验
室, 北京 100081;2山西农业大学农学院, 山西太谷 030801)
摘摇 要摇 以苗期抗旱性不同的 37 份六倍体普通小麦(AABBDD)、3 份 A基因组材料(AA)和
3 份四倍体小麦(AABB)为材料,通过直接测序法检测 TaCRT鄄A基因的单核苷酸多态性,分析
该基因多态性与小麦苗期抗旱性的关系,并进行遗传定位.结果表明: TaCRT鄄A 基因 DNA 长
度为 3887 bp,在总长度为 167141 bp的核苷酸序列中共检测到 202 个核苷酸变异位点,其中
包括 165 个 SNP和 37 个 InDel,二者出现的频率分别为 1 / 1013 bp 和 1 / 4517 bp.编码区的核
苷酸多样性 仔值小于非编码区,编码区所承受的选择压力较大. 43 份试材可分为 14 种单倍
型,其中 H1、H2 和 H13 分别含有普通小麦二倍体野生近缘种 A 基因组供体种的 1 份材料,
H6、H7 分别包含抗旱性极强的 1 份材料,H8 包含四倍体波斯小麦并同时包含抗旱材料与干
旱敏感材料,H11 主要包括强抗旱材料与中等抗旱材料;虽然 TaCRT受水分胁迫诱导表达,但
TaCRT鄄A基因的结构多态性分析未能揭示其多态性与小麦苗期抗旱性之间的直接关系;利用
RIL群体(Opata 85伊W7984)将该基因定位于 3A 染色体标记 Xmwg30 ~ Xmwg570 之间,遗传
距离分别为 10. 5 cM和 49. 6 cM.
关键词摇 小麦摇 TaCRT鄄A基因摇 单核苷酸多态性摇 单倍型摇 抗旱性摇 遗传定位
*国家冶863冶项目(2011AA100501)和山西农业大学博士科研启动基金项目(XB2008013)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jingrl@ caas. net. cn
2011鄄12鄄13 收稿,2012鄄07鄄04 接受.
文章编号摇 1001-9332(2012)09-2536-07摇 中图分类号摇 S512. 1摇 文献标识码摇 A
Sequence polymorphism and mapping of wheat Ca2+鄄binding protein TaCRT鄄A gene. WANG
Ji鄄ping1,2, MAO Xin鄄guo1, LI Run鄄zhi2, JING Rui鄄lian1 ( 1National Key Facility for Crop Gene Re鄄
sources and Genetic Improvement / Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Germplasm and Utili鄄
zation, Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;
2College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2012,23(9): 2536-2542.
Abstract: Taking thirty鄄seven hexaploid wheat (AABBDD) accessions with different drought resist鄄
ance at seedling stage, three wheat species with A genome (AA), and three tetraploid wheat spe鄄
cies ( AABB) as test materials, and by direct sequencing the single nucleotide polymorphism
(SNP) in TaCRT鄄A, this paper analyzed the relationships of the SNP with the drought resistance of
wheat (Triticum aestivum) at its seedling stage, and mapped the TaCRT鄄A on the chromosome of
wheat. The full鄄length sequence of the TaCRT鄄A genomic DNA was 3887 bp. A total of 202 nucleo鄄
tide variant loci were observed in the full length sequence of 167141 bp, among which, 165 SNP
and 37 InDel with the frequencies of 1 SNP / 1013 bp and 1 InDel / 4517 bp were detected, respec鄄
tively. The nucleotide diversity (仔) in coding region of TaCRT鄄A was lower than that in non鄄coding
region, suggesting that the selection pressure in coding region was stronger than that in non鄄coding
region. The 43 accessions could be classified as 14 haplotypes (H1 -H14) by haploid analysis,
among which, H1, H2, and H13 all contained one accession which was the donor species of A ge鄄
nome in common wheat, H6 and H7 had one high drought鄄resistant accession, H8 comprised tetra鄄
ploid wheat, drought鄄resistant accessions, and drought鄄sensitive accessions, whereas H11 included
the wheat accessions with drought鄄resistance and medium鄄drought resistance. Though the expression
of TaCRT was induced by water stress, no significant relationship was identified between TaCRT鄄A
polymorphism and drought resistance. Using a population of recombinant inbred lines derived from a
cross of Opata 85伊W7984, the TaCRT鄄A was mapped between SSR markers Xmwg30 and Xmwg570
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 9 月摇 第 23 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2012,23(9): 2536-2542
on chromosome 3A, and the genetic distances were 10. 5 cM and 49. 6 cM from the flanking mark鄄
ers, respectively.
Key words: wheat; TaCRT鄄A gene; single nucleotide polymorphism; haplotype; drought resist鄄
ance; genetic mapping.
摇 摇 小麦(Triticum aestivum)是人类最主要的粮食
作物,也是我国干旱半干旱地区的支柱作物. 近年
来,随着水资源日益匮乏、旱灾危害日益严重,研究
小麦的抗旱丰产性对于保障国家粮食安全具有重要
意义.植物钙网蛋白( calreticulin,CRT)是存在于细
胞内质网膜上的一种可溶性钙结合蛋白,参与多种
细胞功能的调节,包括 Ca2+平衡调节及 Ca2+依赖的
信号转导[1]、细胞粘附[2]、蛋白质合成折叠及分子
伴侣[3]、核激素受体调节的基因表达[4]、细胞程序
性死亡[5]和环境胁迫应答[6]等. Wyatt 等[6]报道,将
玉米 CRT基因转入拟南芥,明显提高了转基因植株
抗盐、抗旱和抗重金属胁迫的能力. Jia 等[7]研究表
明,小麦钙网蛋白基因(TaCRT)受水分胁迫诱导上
调表达,转基因烟草抗旱能力明显增强,同时也发现
小麦的 A、B、D基因组中各有一个 TaCRT拷贝.
单核苷酸多态性( SNP)是指由于单核苷酸转
换、颠换、插入和缺失等变异所引起的 DNA 序列多
态性,具有数量大、分布广、稳定性强、易于分型等优
点[8] .王计平等[9]以 37 份普通小麦材料为材料,分
析小麦 D 基因组中 TaCRT 基因 TaCRT鄄D 的多态
性,结果表明,该基因 SNP 频率较低,其单核苷酸多
态性与苗期抗旱性之间没有明显的对应关系. 本文
以我国不同麦区、不同年代育成的普通小麦品种、少
量国外品种及普通小麦 A 基因组供体种为材料,分
析小麦 A基因组中 TaCRT 基因 TaCRT鄄A 的单核苷
酸多态性,开发分子标记并进行遗传定位,揭示其单
核苷酸多态性与抗旱性的关系,为挖掘利用优异抗
旱基因资源奠定基础.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试植物材料
试验材料由中国农业科学院国家种质资源库提
供,包括抗旱性不同的 37 份六倍体普通小麦
(AABBDD)、3 份四倍体小麦(AABB)以及 3 份普通
小麦 A基因组供体种(AA),即 1 份乌拉尔图小麦
(Triticum urartu)、1 份栽培一粒小麦(Triticum mono鄄
coccum)和 1 份野生一粒小麦(Triticum boeoticum),
供试材料的基本情况[10-12]见表 1.
表 1摇 分析 TaCRT基因多态性的植物材料
Table 1摇 Plant materials for detecting TaCRT polymorphism
序号
No.
材料名称
Accession
抗旱性*
Drought
resistance
产地
Origin
序
号
No.
材料名称
Accession
抗旱性
Drought
resistance
产地
Origin
1 北京 8686 Beijing 8686 HR 中国北京 Beijing, China 23 偃展 1 号 Yanzhan 1 MR 中国河南 Henan, China
2 SALGEMMA HR 意大利 Italy 24 京选 25 Jingxuan 25 S 中国北京 Beijing, China
3 白齐麦 Baiqimai R 中国甘肃 Gansu, China 25 蚂蚱麦 Mazhamai S 中国陕西 Shaanxi, China
4 长 6154 Chang 6154 R 中国山西 Shanxi, China 26 Opata 85 S 国际小麦作图组织(ITMI)
5 长武 131 Changwu 131 R 中国陕西 Shaanxi, China 27 陕 253 Shan 253 S 中国陕西 Shaanxi, China
6 济南 13 Jinan 13 R 中国山东 Shandong, China 28 石 4185 Shi 4185 S 中国河北 Hebei, China
7 旱选 10 号 Hanxuan 10 R 中国山西 Shanxi, China 29 郑麦 9023 Zhengmai 9023 S 中国河南 Henan, China
8 鲁麦 14 Lumai 14 R 中国山东 Shandong, China 30 火麦 Huomai HS 中国四川 Sichuan, China
9 陕 229 Shan 229 R 中国陕西 Shaanxi, China 31 麦资 03 初 9 Maizi 03 Chu 9 HS 中国河北 Hebei, China
10 陕旱 8675 Shanhan 8675 R 中国陕西 Shaanxi, China 32 麦资 03 初 52 Maizi 03 Chu 52 HS 中国河北 Hebei, China
11 烟农 21 Yannong 21 R 中国山东 Shandong, China 33 麦资 03 初 61 Maizi 03 Chu 61 HS 中国河北 Hebei, China
12 长武 134 Changwu 134 MR 中国陕西 Shaanxi, China 34 本地小麦 Bendi wheat HS 中国四川 Sichuan, China
13 京 411 Jing 411 MR 中国北京 Beijing, China 35 宁春 4 号 Ningchun 4 HS 中国宁夏 Ningxia, China
14 济南 18 Jinan 18 MR 中国山东 Shandong, China 36 Rumanian 10 HS 罗马尼亚 Rumanian
15 京延 85 鉴 28 Jingyan 85jian 28 MR 中国北京 Beijing, China 37 ZS1833 HS 中国西藏 Tibet, China
16 衡 7228 Heng 7228 MR 中国河北 Hebei, China 38 乌拉尔图小麦 UR203 未知 Unknow 叙利亚 Syria
17 河东 TX鄄006 HedongTX鄄006 MR 中国山西 Shanxi, China 39 野生一粒小麦 BO1 未知 Unknow 不详 Unknow
18 临旱 935 Linhan 935 MR 中国山西 Shanxi, China 40 栽培一粒小麦 MO101 未知 Unknow 不详 Unknow
19 临抗 5108 Linkang 5108 MR 中国山西 Shanxi, China 41 栽培二粒小麦 DM49 未知 Unknow 不详 Unknow
20 洛旱 2 号 Luohan 2 MR 中国河南 Henan, China 42 波兰小麦 PO9 未知 Unknow 中国新疆 Xinjiang,China
21 W7984 MR 国际小麦作图组织 ITMI 43 波斯小麦 PS5 未知 Unknow 美国 America
22 西农 1726 Xinong 1726 MR 中国陕西 Shaanxi, China
* HR:抗旱性极强Highly resistant; R:抗旱性强 Resistant; MR:抗旱性中等Mediumly resistant; S:干旱敏感 Sensitive; HS:干旱极敏感Highly sensitive.
73529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王计平等: 小麦钙网蛋白基因 TaCRT鄄A多态性及其定位摇 摇 摇 摇 摇 摇
1郾 2摇 小麦苗期抗旱性鉴定
根据国家标准《小麦抗旱性鉴定评价技术规范
(GB / T 21127—2007 )》 [13] ( http: / / www. sac. gov.
cn / templet / default)进行小麦苗期抗旱性鉴定及抗
旱性等级判定.
1郾 3摇 目标基因获得及目标片段序列多态性检测
利用小麦抗逆基因资源课题组前期研究获得的
TaCRT基因全长 cDNA引物(F:5忆 鄄ACCACCACTTC鄄
CTCGTCTC鄄3忆, R: 5忆鄄TTCCCTCACACGAGACAAG鄄
3忆) [7],以 43 份供试材料基因组 DNA 为模板,进行
PCR扩增. PCR扩增体系总体积为 15 滋L,其中包含
1 滋LDNA 模板、2 伊 LA PCR 缓冲液、10 mmol·L-1
dNTP混合液及 LA Tag酶(5 U·滋L-1).反应程序为
94 益预变性 3 min,94 益变性 1 min,62 益退火 1
min,72 益延伸 4 min,32 个循环,最后 72 益延伸 5
min.取 7 滋LPCR扩增产物用 1. 2%的琼脂糖凝胶电
泳检测目标片段的序列长度多态性. 采用 Tiangen
公司琼脂糖凝胶中 DNA 片段回收与纯化试剂盒
(DP鄄209鄄03)进行 PCR产物的回收与纯化.
1郾 4摇 PCR产物测序及序列单核苷酸多态性检测
将 PCR产物连接于 pCF鄄T载体上,转化 TOP10
感受态细胞,挑取阳性克隆质粒,利用通用引物 T7、
M13R及 DNA Star Primer Select 软件设计的两对叠
套引物进行双向测序,每份材料至少检测 10 个单克
隆序列.
利用 DNA Star SeqMan软件对所测数据进行质
量评价,对来自同一材料不同克隆的序列进行组装,
得到一致序列( consensus sequence). 利用 DNAStar
Megalign软件对来自不同材料的序列进行多序列联
配(multialignment)(Clustal W),得到每份材料的一
致序列,然后将不同材料的目标序列与一致序列进
行比较,分析不同基因型之间目标基因序列的单核
苷酸多态性.
1郾 5摇 小麦 TaCRT鄄A遗传定位
以 Opata 85 和 W7984 为亲本,具有 113 个株系
的小麦重组近交系(recombinant inbred line,RIL)遗
传作图群体[14-18]用于分子标记作图,该群体引自国
际小麦遗传作图组织 ( the International Triticeae
Mapping Initiative, ITMI). 用 TaCRT鄄A 基因组特异
引物 ( AF: 5忆鄄GGTCATCTTCGAGGAGCGAT鄄3忆, AR:
5忆鄄GCGTCAGCCTGTCAGTTTTA鄄3忆)进行扩增, PCR
产物用限制性内切酶 MscI 37 益酶切过夜,采用
PCR鄄RFLP标记技术,以对应的作图群体为材料将
获得的作图群体显隐性差异通过“0冶和“1冶数据统
计,运用 MapMaker 3. 0 作图软件对目标基因进行连
锁分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 TaCRT鄄A的结构特点
TaCRT基因 cDNA全长为 1446 bp,包含一个长
为 1296 bp 的开放阅读框,编码 431 个氨基酸. 对
TaCRT鄄A基因 DNA测序结果表明,目标片段长度为
3887 bp,包含 14 个外显子、13 个内含子及 5忆和 3忆端
的非编码区(UTR)(图 1). 其中 35 ~ 161 bp、745 ~
858 bp、1004 ~ 1184 bp、1504 ~ 1768 bp、1856 ~ 1916
bp、2010 ~ 2053 bp、2381 ~ 2466 bp、2551 ~ 2609 bp、
2717 ~ 2787 bp、2899 ~ 2992 bp、3071 ~ 3127 bp、
3243 ~ 3337 bp、3695 ~ 3725 bp、3818 ~ 3828 bp 为
TaCRT鄄A 的外显子区域, 1 ~ 34 bp 为 5忆鄄UTR,
3829 ~ 3887 bp为 3忆鄄UTR.
2郾 2摇 TaCRT鄄A序列的多态性
检测 43 份供试材料 TaCRT鄄A 序列,在总长度
为 167141 bp的核苷酸序列中发现 202 个核苷酸变
异,其中包括 165 个 SNP和 37 个 InDel(表 2),其中
41 个 SNP 位于编码区,124 个位于非编码区,编码
区和非编码区 SNP出现的频率分别为 1 / 1359 bp和
图 1摇 TaCRT鄄A基因结构示意图
Fig. 1摇 Sketch of structure of TaCRT鄄A sequence.
玉:外显因子 Extron; 域:内含子 Intron.
表 2摇 TaCRT鄄A序列核苷酸变异
Table 2摇 Nucleotide acid variation in TaCRT鄄A
基因区域
Region
大小
Size
(bp)
SNP InDel SNP的频率
Frequency
of SNP
InDel的频率
Frequency
of InDel
仔
(伊10-3)
整个分析区 Complete region 167141 165 37 1 / 1013 1 / 4517 3. 64
编码区 Coding region 55728 41 0 1 / 1359 0 2. 11
非编码区 Non鄄coding region 111413 124 37 1 / 898 1 / 3011 4. 43
8352 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
1 / 898 bp,后者 SNP变异频率约为前者的 1. 51 倍.
37 个 InDel全部位于非编码区,频率为 1 / 3011 bp.
在基因全长序列中,SNP 的频率为 1 / 1013 bp,InDel
为 1 / 4517 bp.广义的单核苷酸多态性既包括单碱基
突变,也包括少数几个碱基的插入或缺失,将 InDel
也看作 SNP[8],则整个基因分析区域的单核苷酸变
异频率为 1 / 827 bp .
在 TaCRT鄄A 的 165 个 SNP 中,有 144 个转换
(transition)和 21 个颠换( transversion),转换与颠换
的比值为 6. 86. 43 份供试材料中 TaCRT鄄A 的 仔 值
为 0. 00364,其中编码区 仔值(0. 00211)小于非编码
区 仔值(0. 00443),说明编码区的遗传变异小于非
编码区的遗传变异.
2郾 3摇 TaCRT鄄A序列的多态性位点分布
核苷酸多样性(仔)通常被用来衡量某一基因同
一位点不同序列之间的差异.本研究 43 份供试材料
中 TaCRT鄄A 序列各区段的核苷酸多态性位点分布
情况见图 2,其中内含子 1(162 ~ 744 bp)区段为变
异富集区,核苷酸多样性(仔)超过 0. 015,其他区段
的核苷酸多样性明显较低,这种多态性位点分布模
式可能与各区段所承受的选择压力有关,内含子区
由于不编码氨基酸,承受的选择压力相对较小,因而
变异频率较高;而外显子区编码有生物学功能的蛋
白质,承受的选择压力较大,仅保留了很少的核苷酸
变异,变异频率相对较低.
2郾 4摇 小麦 TaCRT鄄A 基因单核苷酸多态性与抗旱性
的关系
根据 TaCRT鄄A全长基因组序列多态性对 43 份
供试材料进行聚类分析和单倍型(haplotype,H)分
析,可将其分为 14 种单倍型(图 3). H1 ~ H7、H12
和 H13 分别只含有 1 份材料,依次为 BO1、UR203、
DM49、Opata 85、火麦、SALGEMMA、北京 8686、旱选
图 2摇 TaCRT鄄A基因多态性位点分布的 Sliding鄄window分析
Fig. 2摇 Sliding鄄window analysis of TaCRT鄄A polymorphism sites.
* 内含子 1 Intron 1 (162 ~ 744 bp).
图 3摇 TaCRT鄄A序列单倍型关系结构树
Fig. 3摇 Phylogenetic tree representing TaCRT鄄A haplotype rela鄄
tionship.
10 号和 MO101,这 9 种单倍型与其他单倍型的关系
较远,而且普通小麦二倍体野生近缘种 A 基因组供
体种的 3 份材料分别属于不同单倍型;四倍体波斯
小麦和波兰小麦分别与普通小麦聚为 1 种单倍型;
包含材料较多的两种单倍型 H8 和 H11 中既含有强
抗旱性品种,又含有干旱敏感和干旱极敏感材料,说
明单倍型的分类与抗旱性的表型不完全一致,同时
也反映了植物抗旱性的复杂性,所以仅仅通过
TaCRT鄄A的单核苷酸多态性不能完全解释小麦品种
的抗旱性.
2郾 5摇 TaCRT鄄A基因遗传定位
用 TaCRT鄄A基因组特异引物对 RIL 群体亲本
Opata 85 和 W7984 进行 PCR扩增,Opata 85 特异扩
增产物 1484 bp 被限制性内切酶 MscI 酶切为 1374
和 110 bp两个片段,W7984 扩增产物为 1481 bp,被
图 4摇 小麦 A 基因组特异序列在 RIL 群体双亲 PCR鄄RFLP
标记产物差异图
Fig. 4 摇 PCR鄄RFLP product of specific鄄sequence of A genome
between two parents of RIL population
M: 200 bp DNA ladder; O: Opata 85; W: W7984. 下同 The same below.
93529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王计平等: 小麦钙网蛋白基因 TaCRT鄄A多态性及其定位摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 5摇 RIL群体(Opata 85 伊 W7984)中 TaCRT鄄A的分离
Fig. 5摇 Separation of TaCRT鄄A in RILs (Opata 85 伊 W7984).
图 6摇 TaCRT鄄A基因连锁图谱及其在小麦 3A染色体上的定位
Fig. 6摇 Linkage map of TaCRT鄄A and its location on wheat chro鄄
mosome 3A.
限制性内切酶 MscI酶切为 1162、212 和 107 bp 3 个
片段,两亲本酶切产物具有明显差异,双亲中 PCR鄄
RFLP标记产物差异见图 4.由MscI限制性内切酶酶
切作图群体中 A基因组特异扩增片段,其中一部分
株系与亲本 Opata 85 谱带一致,被切成 1374 和 110
bp两个片段,一部分株系与亲本 W7984 谱带一致,
扩增片段被酶切成 1162、212 和 107 bp 3 个片段
(图 5).
摇 摇 用 PCR鄄RFLP 标记检测 RIL 群体的 113 个株
系,其中与 Opata 85 谱带一致的株系为 61,与
W7984 谱带一致的株系为 49,其余 3 个株系呈现杂
合条带. 将该基因定位于 3A 染色体的 SSR 标记
Xmwg30 ~ Xmwg570 之间,遗传距离分别为 10. 5 cM
和 49. 6 cM(图 6).
3摇 讨摇 摇 论
植物基因组 DNA 序列的变异是物种遗传多样
性的基础,SNP是目前公认植物基因组中发生频率
最高的遗传多态性[19],可用于高分辨率遗传图谱的
构建,以及基于候选基因或全基因组的相关研究.本
试验分析了 43 份小麦材料 TaCRT鄄A 的单核苷酸多
态性,其中 SNP 和 InDel 检出频率分别为 1 SNP /
1013 bp和 1 InDel / 4517 bp,与其他生物相比差异较
大,例如拟南芥(Arabidopsis thaliana) CBF4 基因每
35. 8 bp中含有 1 个 SNP,每 143 bp 中含有 1 个 In鄄
Del[20];玉米 Rubisco活化酶基因 ZmRCA1 整个分析
区域的单核苷酸变异频率为每 56 bp 就有 1 个多态
性位点[21];大麦(Hordeum vulgare)糯性相关基因
Wx平均每 26 bp 检测到 1 个多态性位点[22 ];大豆
Glyma13g21630 基因每 138 bp 中 1 个 SNP[23],其多
态性频率均高于小麦 TaCRT鄄A 基因的多态性频率.
另外,在小麦 TaGSTF6[24]、TaPK7[25]和 6鄄SFT鄄A[26]
单核苷酸序列多态性研究中发现,SNP 出现的频率
分别为 1 SNP / 4940 bp、1 SNP / 3445 bp 和 1 SNP /
234 bp,不同植物或同一植物不同个体之间单核苷
酸多态性频率存在较大差异,可能与植物种类及基
因类型有关.
小麦是一种基因组庞大且复杂的异源六倍体作
物,具有 A、B和 D 3 个基因组. Southern杂交结果表
明,TaCRT 基因在普通六倍体小麦中为三拷贝基
因[7],TaCRT鄄A与 TaCRT鄄D是 TaCRT基因在小麦中
两个不同的拷贝. 前期研究结果表明[9],TaCRT鄄D
基因 DNA长度为 4001 bp,包含 14 个外显子、13 个
内含子及 5忆和 3忆端的非编码区(UTR).单核苷酸多
态性分析表明,TaCRT鄄D 基因 SNP 和 InDel 的检出
频率分别为 1 / 1905 bp和 1 / 7621 bp,其中编码区和
非编码区 SNP 的出现频率分别为 1 / 2254 bp 和 1 /
1774 bp,非编码区 SNP 变异频率约为编码区的
1郾 27 倍.本研究在 TaCRT鄄A基因核苷酸序列中检出
SNP和 InDel的频率分别为 1 / 1013 和 1 / 4517,编码
区和非编码区 SNP的出现频率分别为 1 / 1359 bp和
1 / 898 bp,非编码区 SNP 变异频率约为编码区的
1郾 51 倍.结果显示,TaCRT鄄A 基因编码区、非编码区
以及整个基因分析区域中 SNP和 InDel的检出频率
均高于 TaCRT鄄D,这与基因的基因组来源有关,在普
通小麦 A、B、D 3 个基因组中,D 基因组在进化上是
最保守的[27] .
核苷酸多样性是个体间给定位点序列的平均多
样性,表明一个基因的遗传变异程度. 迄今为止,玉
米是唯一的一个大部分基因位点和基因型的核苷酸
多样性已经比较明确的物种[28] .国内对单核苷酸多
态性的研究相对较少,目前只见拟南芥和小麦中有
相关报道. 对小麦 TaCRT鄄A 基因 13 个内含子和 14
0452 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
个外显子的研究发现,内含子 1(162 ~ 744 bp)区段
最大 仔值超过 0. 015,外显子 12(3243 ~ 3337 bp)区
段 仔值最大,为 0. 00767. TaCRT鄄A的 SNP多态性分
布类似于人类基因组基因 SNP分布,主要在 5忆起始
编码区和 3忆编码区附近[29] .启动子区域和第一内含
子区域对于转录水平调控基因表达非常重要,为了
适应不同的环境条件,小麦在长期人工驯化和改良
过程中保留了这些区域丰富的多态性.
普通小麦在从二倍体供体种 (2X) 寅四倍体
(4X)寅六倍体(6X)寅现代栽培品种的长期进化过
程中,由于自然选择和较强的人工选择压力作用,形
成自身特有的碱基序列. SNP 的出现是自然和人工
共同选择的结果,通过比较不同物种间 SNP 的差
异,将有利于物种起源与进化以及物种鉴定与分类
的研究,与单个 SNP 分析相比,对基因组序列单倍
型进行分析能得到更多遗传学信息,并且在 SNP 与
表型相关性分析时更为有效. 本研究分析了小麦
TaCRT鄄A基因在不同材料中的单倍型,发现 TaCRT鄄
A基因序列差异较大,43 份小麦材料分为 14 种单倍
型,其中二倍体野生近缘种 A 基因组供体种的 3 份
材料分别属于不同单倍型,说明 A 基因组供体种材
料与普通小麦该基因的亲缘关系较远. 共有 9 种单
倍型只包含 1 份材料,其他单倍型中均包括强抗旱
到干旱极敏感的抗旱性等级不同的材料;经蛋白质
功能预测和氨基酸多态性分析发现,抗旱材料烟农
21 的第 1117 位核苷酸由 t 突变为 c,氨基酸由半胱
氨酸突变为精氨酸,这一位点位于氨基酸序列第
112 ~ 127 位的 Calreticulin family signature 1 功能域
之内,而干旱敏感材料蚂蚱麦的第 1517 位核苷酸同
样由 t突变为 c,氨基酸由苯丙氨酸突变为亮氨酸,
而这一位点却位于氨基酸序列第 144鄄152 位的 Cal鄄
reticulin family signature 2 功能域之内;推测这些变
异位点预示着新的突变方向,可能与抗旱或干旱敏
感相关.
植物在长期进化过程中,为响应外界环境变化,
选择一些参与自身生长发育的重复基因演化为抗性
基因,保证自身生存[30] . 本研究的小麦钙网蛋白基
因 TaCRT是在小麦幼苗水分胁迫诱导上调表达的
抑制差减杂交 cDNA 文库中筛选得到的,转基因烟
草抗旱性增强[7],表明该基因与小麦抗旱性相关.
但是本文对小麦 TaCRT鄄A 基因单核苷酸多态性与
苗期抗旱性关系的分析结果表明,二者之间没有明
显的对应关系,说明单从一个基因单个拷贝的结构
多样性不能完全揭示 TaCRT基因与抗旱性的关系.
因此,应进一步分析小麦 TaCRT基因不同拷贝之间
的相互关系,揭示其在抗旱性方面的功能.
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作者简介摇 王计平, 女, 1974 年生, 博士, 副教授. 主要从
事小麦抗旱节水遗传育种,发表论文 10 余篇. E鄄mail: sxnd鄄
wjp@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
2452 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷