全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(9): 1537−1543 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100201); 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2004CB117205)
作者简介: 张洪映(1982−), 女, 硕士研究生, 研究方向: 小麦抗旱节水遗传育种。E-mail: zhangying198215@163.com
*
通讯作者(Corresponding authors): 景蕊莲，E-mail: jingrl@caas.net.cn; 谢惠民, E-mail: Huiminx@nwsuaf.edu.cn
Received(收稿日期): 2008-01-14; Accepted(接受日期): 2008-03-30.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01537
小麦 TaPK7基因单核苷酸多态性与抗旱性的关系
张洪映 1,2 毛新国 1 景蕊莲 1,* 谢惠民 2,* 昌小平 1
(1 中国农业科学院作物科学研究所 / 国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程 / 农业部作物种质资源与生物技术重点开放实
验室, 北京 100081; 2 西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100)
摘 要: 以抗旱性不同的 45份六倍体小麦和 5份小麦的二倍体近缘种为材料, 通过测序检测 TaPK7基因的单核苷酸
多态性, 研究了 TaPK7 基因多态性与抗旱性的关系, 旨在为发掘利用小麦抗旱基因资源奠定基础。50 份材料 TaPK7
序列总长 220 448 bp, 其中有 64个 SNP和 9个 InDel, 二者的频率分别为 1 SNP/3 445 bp和 1 InDel/24 494 bp。编码
区的核苷酸多样性 π值小于非编码区, 可能是由于编码区承受的选择压力较大。同义突变(Ka)与非同义突变(Ks)比值
是 0.415, 表明该基因受负向选择影响, 属于相对保守基因。在编码区检测到 16个单核苷酸突变, 多存在于抗旱材料
中。共检测到 21种单倍型, 其中 5种为强抗旱材料单倍型, 2种为干旱极敏感材料单倍型, 11种中等抗旱材料单倍型,
另外 3种单倍型中同时包括抗旱材料和干旱敏感材料, 初步揭示了 TaPK7基因的单核苷酸多态性与抗旱性相关。
关键词: 小麦; TaPK7基因; 单核苷酸多态性; 抗旱性; 单倍型
Relationship between Single Nucleotide Polymorphism of TaPK7 Gene
and Drought Tolerance in Wheat
ZHANG Hong-Ying1, 2, MAO Xin-Guo1, JING Rui-Lian1, *, XIE Hui-Min2,*, and CHANG Xiao-Ping1
(1 National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Key Laboratory of Crop Germplasm & Biotechnology, the Ministry of
Agriculture / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2 College of Agronomy, Northwest A&F Univer-
sity, Yangling 712100, Shaanxi, China)
Abstract: Protein phosphorylation/dephosphorylation are major signaling events induced by abiotic stresses in higher plants.
Sucrose nonfermenting1-related protein kinase2 (SnRK2), which belongs to serine-threonine protein kinase, plays an important
role in the process of sugar signal transduction. It is reported that the gene family is activated by hyperosmotic stress and relays
the stress signal via phosphorylation. TaPK7 gene, a member of SnRK2 gene family of wheat (Triticum aestivum L.), is involved
in the response to osmostic stress, such as drought, high salt, low temperature, and ABA treatment in wheat seedlings. To investi-
gate the relationship between single nucleotide polymorphism (SNP) in TaPK7 and drought tolerance, 45 hexaploid wheat acces-
sions and 5 diploid species of wheat relatives were used to detect SNP of TaPK7 through sequencing. Sixty four SNP and nine
InDel were detected in a total of 220 448 bp nucleotide acids, and the frequencies of SNP and InDel were 1 SNP /3 445 bp and 1
InDel /24 494 bp, respectively. The nucleotide diversity value in non-coding region was higher than that in coding region, which
suggested that the coding region suffered stronger selection pressure than non-coding region. Ka/Ks value of TaPK7 was 0.415,
which indicated that TaPK7 was a conservative gene. Sixteen SNPs were observed in coding region, and most of them happed in
drought-tolerant accessions. A total of 21 haplotypes were identified from the plant materials. Among them, 7 haplotypes of
TaPK7 were only related to accessions with drought-tolerant or drought-sensitive characteristics, 11 haplotypes contained me-
dium-drought-tolerant accessions, but 3 haplotypes contained both types of accessions. SNPs in TaPK7 were correlative with
drought tolerance, but it couldn’t explain the mechanism of drought tolerance completely in wheat.
Keywords: Wheat; TaPK7 gene; Single nucleotide polymorphism; Drought tolerance; Haplotype
1538 作 物 学 报 第 34卷

干旱缺水是制约农业生产发展的重要因素。20
世纪 90 年代以来, 全国每年平均受旱面积达 2 667
万 hm2, 造成粮食减产 7~8千万吨[1]。小麦是人类最
主要的粮食作物, 研究并利用其抗旱基因资源的多
样性, 对于抗旱性的遗传改良具有重要意义。生物
蛋白质的磷酸化和脱磷酸化是逆境条件下体内能量
代谢和信号传递中的重要反应, 蛋白磷酸化通过蛋
白激酶催化完成。蛋白激酶在渗透等非生物胁迫的
信号转导中起关键作用[2]。SnRK2 属于蔗糖非发酵
相关蛋白激酶[3]。在烟草[4]﹑大豆[5]等植物中 SnRK2
基因家族参与对渗透胁迫的应答反应。小麦 TaPK7
基因是 SnRK2 基因家族成员之一 , 实时定量
RT-PCR检测发现, 小麦幼苗中 TaPK7参与对高渗、
高盐、低温和 ABA处理的应答反应, 尤其对高渗和
高盐胁迫反应迅速, 其 1 h 的表达量就达到对照的
15.3倍和 23.9倍[6]。单核苷酸多态性(single nucleo-
tide polymorphism, SNP)是基因组 DNA上某一特定
核苷酸由于转换、颠换、插入、缺失等变化而造成
的DNA序列多态性, 作为新一代高通量的遗传标记,
在植物多样性、群体遗传、系统进化与功能基因组
学等领域发挥了重要作用[7]。SNP广泛而稳定地存在
于植物基因组中, 基因的 SNP 多态性影响基因的功
能。目前, SNP 标记在拟南芥[8]、水稻[9]、马铃薯[10]
等植物中已得到应用。因此, 研究小麦抗旱相关基
因的 SNP多态性与抗旱性的关系对于发掘利用优异
抗旱基因资源具有重要意义。本研究以抗旱性不同
的六倍体小麦和小麦二倍体近缘种为材料, 通过测
序筛查 TaPK7 的单核苷酸多态性, 研究该基因多态
性与抗旱性的关系, 为发掘利用小麦抗旱基因资源
奠定基础。
1 材料与方法
1.1 植物材料
供试材料(表1)种子均由中国农业科学院国家种
质资源库提供, 包括 45 份六倍体小麦, 其中极强抗
旱、强抗旱、中等抗旱、干旱敏感和干旱极敏感材
料分别为 4、11、17、4、9 份。5 份小麦的二倍体
野生近缘种, 含 1 份乌拉尔图小麦(Triticum urartu,
AA), 1份栽培一粒小麦(Triticum monococcum, AA),
1份拟斯卑尔脱山羊草(Aegilops speltoides, SS, B基
因组供体), 2份粗山羊草(Ae. tauschii, DD)。
1.2 小麦苗期抗旱性鉴定
根据 GB/T 21127-2007“小麦抗旱性鉴定评价技
术规范”(http://www.sac.gov.cn/templet/default)进行
小麦苗期抗旱性鉴定。在长 60 cm、宽 40 cm、高 15
cm的塑料箱中装入 10 cm厚耕层土(中等肥力壤土),
灌水至田间持水量的 85%±5%, 播种后覆土 2 cm。
每份材料播 50粒, 3次重复, 出苗后选留长势良好的
30 株。幼苗长至 3 叶时停止供水, 进行第一次干旱
胁迫。当土壤含水量降至田间持水量的 20%~15%时
复水, 使土壤水分达到田间持水量的 80%±5%。复水
120 h后调查存活苗数。以后再停止供水, 进行第二
次干旱胁迫, 处理和调查条件同前。计算两次干旱-
复水后幼苗存活率的平均值, 依据“小麦苗期抗旱性
判定规则”, 存活率(%)≥70.0 为极抗旱, 60.0~69.9
为强抗旱, 50.0~59.9 为中等抗旱, 40.0~49.9 为干旱
敏感, ≤39.9为干旱极敏感。
1.3 目标基因引物设计及目标片段多态性检测
以前期研究获得的 TaPK7基因 cDNA[6]为基础,
利用 DNAStar PrimerSelect 软件在其侧翼序列设计引
物, 筛选得到 1对能够在小麦基因组DNA中进行特异
扩增的引物(PF：5′-CCCAATCTTCGCCTCTGCC -3′,
PR：5′-TTTCCGCAATGCTAGCTTAATCAG-3′)。
以供试材料的基因组 DNA 为模板, 进行 PCR
扩增。反应体系的总体积为 20 μL, 包含 2 μL模板, 1
×PCR反应缓冲液, 0.2 mmol L−1的 dNTP以及 1 U的
LA-Taq DNA聚合酶。反应程序为 96℃ 3 min; 96℃
1 min, 60℃ 1 min, 72℃ 4 min, 34个循环; 72℃ 10
min。经 1.2%琼脂糖凝胶电泳, 检测目标片段的序列
长度多态性。按 Tiangen公司试剂盒说明, 用琼脂糖
凝胶回收、纯化 DNA。
1.4 PCR产物测序及序列单核苷酸多态性检测
用 Tiangen 公司 pCHF-T 连接试剂盒进行连接,
转化 TOP10 感受态细胞, 用 Tiangen 公司质粒提取
试剂盒提取并纯化阳性克隆质粒。利用通用引物T7、
M13R及 DNAStar Primer软件设计的两对叠套引物
进行双向测序, 每个材料检测 20个单克隆序列。
用 DNAstar SeqMan 软件对测序数据进行质量
评价, 对来自同一材料、不同克隆的测序结果进行
组装 , 得到一致序列(consensus sequence)。分别用
DnaSP4.0和 PHYLIP软件包进行核苷酸的多态性分
析和单倍型分析。核苷酸多样性 π 是指基因序列中
的每个核苷酸在群体中被随机取代的可能性, 它反
映了该基因的遗传变异程度。
第 9期 张洪映等: 小麦 TaPK7基因单核苷酸多态性与抗旱性的关系 1539


表 1 分析 TaPK7基因多态性的植物材料
Table 1 Plant materials for detecting TaPK7 polymorphism
No. 材料
Plant material
产地
Origin
抗旱性
Drought resistance
1 SALGEMMA 意大利 Italy HR
2 长 6878 Chang 6878 中国山西 Shanxi, China HR
3 陇鉴 294 Longjian 294 中国甘肃 Gansu, China HR
4 北京 8686 Beijing 8686 中国北京 Beijing, China HR
5 长武 131 Changwu 131 中国陕西 Shaanxi, China R
6 晋麦 33 Jinmai 33 中国山西 Shanxi, China R
7 旱选 10号 Hanxuan 10 中国山西 Shanxi, China R
8 长 6154 Chang 6154 中国山西 Shanxi, China R
9 昌乐 5号 Changle 5 中国山东 Shandong, China R
10 济南 13 Jinan 13 中国山东 Shandong, China R
11 济南 18 Jinan 18 中国山东 Shandong, China R
12 鲁麦 14 Lumai 14 中国山东 Shandong, China R
13 冀麦 1号 Jimai 1 中国河北 Hebei, China R
14 白齐麦 Baiqimai 中国甘肃 Gansu, China R
15 04-109 中国北京 Beijing, China R
16 PANDAS 意大利 Italy MR
17 长武 134 Changwu 134 中国陕西 Shaanxi, China MR
18 临旱 935 Linhan 935 中国山西 Shanxi, China MR
19 临抗 5108 Linkang 5108 中国山西 Shanxi, China MR
20 晋麦 47 Jinmai 47 中国山西 Shanxi, China MR
21 晋麦 57 Jinmai 57 中国山西 Shanxi, China MR
22 洛阳 8628 Luoyang 8628 中国河南 Henan, China MR
23 洛旱 2号 Luohan 2 中国河南 Henan, China MR
24 冀麦 41 Jimai 41 中国河北 Hebei, China MR
25 冀麦 26 Jimai 26 中国河北 Hebei, China MR
26 衡 7228 Heng 7228 中国河北 Hebei, China MR
27 京 411 Jing 411 中国北京 Beijing, China MR
28 京延 85鉴 28 Jingyan 85 jian 28 中国北京 Beijing, China MR
29 丰抗 13 Fengkang 13 中国北京 Beijing, China MR
30 04-114 中国北京 Beijing, China MR
31 04-135 中国北京 Beijing, China MR
32 W7984 国际小麦作图组织 ITMI MR
33 Opata 85 国际小麦作图组织 ITMI S
34 长旱 58 Changhan 58 中国陕西 Shaanxi, China S
35 百农 9310 Bainong 9310 中国河南 Henan, China S
36 京选 25 Jingxuan 25 中国北京 Beijing, China S
37 中国春 Chinese Spring 中国四川 Sichuan, China HS
38 本地小麦 Native wheat 中国四川 Sichuan, China HS
39 火麦 Huomai 中国四川 Sichuan, China HS
40 ZS1833 中国西藏 Tibet, China HS
41 ZS1855 中国西藏 Tibet, China HS
42 Rumanian 10 罗马尼亚 Romania HS
43 麦资 03初 33 Maizi 03 chu 33 中国河北 Hebei, China HS
44 麦资 03初 52 Maizi 03 chu 52 中国河北 Hebei, China HS
45 麦资 03初 61 Maizi 03 chu 61 中国河北 Hebei, China HS
46 UR203 (AA) 叙利亚 Syria Unknown
47 MO102 (AA) 不详 Unknown Unknown
48 Y2003 (SS) 叙利亚 Syria Unknown
49 Y185 (DD) 荷兰 Netherlands Unknown
50 Y215 (DD) 墨西哥 Mexico Unknown
HR: high resistant; R: resistant; MR: medium resistant; S: sensitive; HS: high sensitive.
1540 作 物 学 报 第 34卷

2 结果与分析
2.1 TaPK7的结构特点
测序结果表明, 在小麦二倍体近缘种材料、四
倍体和六倍体小麦中同时存在 4 409 bp和 4 531 bp
两类序列, 且两类序列的多态性都为单碱基变化。
本文仅以 4 409 bp序列为研究对象, 它包含 9个外
显子、8 个内含子及 5′和 3′端的非编码区(UTR)(图
1), 其中 74~192、328~406、495~593、668~720、
803~895、1 167~1 259、3 522~3 626、3 710~3 808
和 3 888~4 221 bp为外显子区域, 1~73 bp为 5′-UTR,
4 222~4 409 bp为 3′-UTR。ScanProsite分析结果表
明, 该基因具有蛋白激酶家族的特征基序, 如蛋白
激酶 ATP 结合域信号(protein kinase ATP-binding
region signature, 103~172 bp)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激
酶活性位点信号 (Serine/Threonine protein kinases
active-site signature, 727~763 bp)、酪氨酸激酶磷酸
化位点(Tyrosine kinase phosphorylation site, 872~890
bp)和酪蛋白激酶 II 磷酸化位点(Casein kinase II
phosphorylation site, 4 017~4 026 bp)等。



图 1 TaPK7基因结构示意图
Fig. 1 Structure of TaPK7 gene

2.2 TaPK7序列的多态性
共检测了 50 份供试材料 220 448 bp 的 TaPK7
序列, 发现 73 个核苷酸变异, 包括 64 个 SNP 和 9
个 InDel(表 2)。其中 16个 SNP来自编码区, 48个来
自非编码区, 编码区和非编码区的 SNP 频率分别为
1 SNP/3 738 bp和 1 SNP/3 347 bp, 后者约为前者的
1.12倍; 9个 InDel全部位于非编码区, 皆为 1~2个
碱基的缺失或插入, 出现频率为 1 InDel/17 850 bp。
在基因全长序列中, SNP的频率为 1 SNP/3 445 bp,
InDel为 1 InDel/24 494 bp。按照广义的单核苷酸多
态性定义, 将 InDel也统称为 SNP[11], 则整个基因区
的单核苷酸变异率为 1 SNP/3 020 bp。
在 TaPK7 单核苷酸变异中, 包括 59 个转换、5
个颠换, 转换与颠换的比值为 11.8。供试材料 TaPK7
的 π值为 0.000 79, 编码区 π值(0.000 74)小于非编码
区的(0.000 82), 说明编码区的遗传变异小于非编码
区。
2.3 TaPK7序列多态性位点分布
供试材料中 TaPK7序列核苷酸多态性位点分布
情况见图 2, 其中长达 2 261 bp的内含子为变异富集
区, 内含子中有 6 个区段的 π 值超过 0.002, 其中
1 828~1 917 bp的核苷酸多样性最高(0.0034); 外显
子区域的核苷酸多样性明显较低, 各区段的 π 值均
不超过 0.001。这种多态性分布模式可能与各区段承
受的选择压力不同有关 , 内含子区不编码氨基酸 ,
承受的选择压力相对较小, 因而变异频率相对较高,
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, 因此变异频率较低。
2.4 TaPK7编码区多态性分析
在 14份供试材料 TaPK7的编码区发现了 16个
SNP, 其中 7个是同义突变, 9个为非同义突变。表 3
表明, 69%的 SNP发生在结构域(ORF的 12~780 bp),
值得注意的是, 5份干旱极度敏感材料 3 711 bp位点
的核苷酸由 a突变为 t, 编码的谷氨酸(E)突变为缬氨
酸(V); 抗旱材料 04-109(880 bp)和中等抗旱材料晋
麦47(4 022 bp)的核苷酸突变虽然分别发生在酪氨酸
激酶磷酸化位点和酪蛋白激酶 II 磷酸化位点, 但因
其为同义突变, 氨基酸序列未变, 因此并不改变酶
的生物学活性; 抗旱材料 04-109(4 216 bp)和干旱极
度敏感材料中国春(555 bp)的核苷酸突变分别引起
不带电荷的极性 R基氨基酰胺和带负电荷的 R基氨
基酸互变, 可能引起蛋白空间结构和功能的改变。
中等抗旱材料衡 7228有 3个位点的非同义突变, 暂
未能预知其对蛋白功能的影响。

表 2 TaPK7序列核苷酸变异
Table 2 Nucleotide acid variation in TaPK7
基因区域
Region
大小
Size(bp)
SNP InDel SNP频率
Frequency of SNP
InDel频率
Frequency of InDel
π
(×10−3)
整个区域 All region 220 448 64 9 1/3445 1/24 494 0.79
编码区 Coding region 59 800 16 0 1/3738 0 0.74
非编码区 Non-coding region 160 648 48 9 1/3347 1/17 850 0.82

第 9期 张洪映等: 小麦 TaPK7基因单核苷酸多态性与抗旱性的关系 1541




图 2 TaPK7基因多态性位点分布的 Sliding-window 分析
Fig. 2 Sliding-window analysis of TaPK7 polymorphism sites

TaPK7 编码区的非同义突变平均数 Ka 为
0.00249, 同义突变平均数 Ks 为 0.006。Ka/Ks 比值
代表选择效应及选择方向, 当 Ka/Ks值大于 1时, 表
示基因受正向选择影响, 属于快速进化基因; Ka/Ks
值等于 1, 说明同义突变和非同义突变频率相同, 群
体不受选择压力的影响; Ka/Ks 值小于 1, 说明基因
受负向选择影响, 属于相对保守基因[12]。TaPK7 的
Ka/Ks 比值为 0.415, 说明该基因受负向选择影响,
核苷酸序列非常保守。
2.5 小麦 TaPK7 基因单核苷酸多态性与抗旱性
的关系
单倍型分析表明, 50份供试材料分为 21个单倍
型(图 3), 小麦二倍体近缘种材料乌拉尔图小麦(AA)、
栽培一粒小麦(AA)、拟斯卑尔托山羊草(SS)和粗山
羊草中 (DD)的 TaPK7 基因单倍型与六倍体小麦
(AABBDD)没有明显区别。H3、H7、H12、H14 和
H17 为强抗旱材料单倍型, 其中 H12 为极强抗旱材
料单倍型; 9份干旱极敏感材料分别属于２种单倍型
(H1、H10), 其中 H10包括 8份干旱极敏感材料和 1
份栽培一粒小麦; 中等抗旱的衡 7228分别在 3 594、
3 807和 4 111 bp位点发生了非同义突变, 独立属于
单倍型 H2。TaPK7基因的单核苷酸多态性与小麦的
抗旱性之间存在相关性, 但 H6、H15和 H20三个单
倍型中同时包括不同抗旱类型的材料(无极抗旱和
极敏感材料), 表明根据该基因 SNP得到的单倍型与
抗旱性表型不完全一致, 也反映出植物抗旱性的复
杂性。

表 3 TaPK7编码区变异
Table 3 Variations in coding region of TaPK7
位点
Site
材料
Plant material
单核苷酸变异
SNP type of
mutation (x/y)
氨基酸变异
Amino acid
type of muta-
tion (X/Y)
位点
Site
材料
Plant material
单核苷酸变异
SNP type of
mutation (x/y)
氨基酸变异
Amino acid
type of muta-
tion (X/Y)
89 Changhan 58 c/t — 3594 Heng 7228 t/c R/SeCys
3527 Changhan 58 c/a S/R 3807 Heng 7228 a/t K/R
555 Chinese Spring g/a D/N 4111 Heng 7228 c/t A/V
847 Linkang 5108 a/g — 3711 Native Wheat a/t E/V
880 04-109 a/g — 3711 Huomai a/t E/V
4216 04-109 a/g Q/R 3711 Maizi 03 chu 33 a/t E/V
1168 Y185 t/c V/A 3711 Maizi 03 chu 52 a/t E/V
3533 Maizi 03 chu 33 t/c — 3711 Rumanian 10 a/t E/V
3540 Rumanian 10 t/c — 4022 Jinmai 47 a/t —
3581 MO102 c/t — 4030 Opata 85 a/g H/R
x/y: nucleotide acid x changed into y; X/Y: amino acid X changed into Y.

3 讨论
3.1 TaPK7基因的核苷酸多态性模式
SNP 被认为是植物基因组中发生频率最高的遗
传多态性[7]。本研究在小麦 220 448 bp的序列中 SNP
和 InDel 检出频率分别为 1 SNP/3 445 bp 和 1 In-
Del/24 494 bp, 远远低于玉米(1 SNP/57 bp)[13]和大
豆(1 SNP/272 bp)[14]的多态性; 而 TaPK7 基因转换
与颠换的比值为 11.8, 远大于水稻[15]、玉米[13]和小
麦[16]中发现的基因转换与颠换的比值(2∶1); 鉴于
蛋白激酶在植物的抗逆和抗病、生长发育、自交不
亲和及雄性不育中都具有重要作用, 本研究推测基
因或基因组中的 SNP和 InDel频率可能与植物种类、
基因种类及功能等有关。
在 TaPK7 单核苷酸变异中, 高频率转换的发生
可能是因为 CpG二核苷酸上的胞嘧啶残基最易发生
突变, 其中大多数是甲基化的, 可自发地脱去氨基
而形成胸腺嘧啶[17]。综合 TaPK7 基因序列中 SNP
的分布可知, 该基因所受的选择压力大(区段内的最
大 π 值为 0.0035), 且编码区承受的负向选择压力大
1542 作 物 学 报 第 34卷



图 3 TaPK7序列单倍型关系结构树
Fig. 3 Phylogenetic tree representing the haplotype relationship of TaPK7

于非编码区, 编码区内Ka/Ks比值为0.415, 属于相对
保守基因, 这与前人对蛋白激酶保守性的研究结果
一致[18]。
SNP 的出现要经历自然选择, 或者已经经历了
自然选择的影响得以保留 , 当编码蛋白质基因的
SNP 随时间的推移得以保留时, 这种变化就有可能
以某种方式帮助该个体成功地繁殖[19]。核苷酸序列
多态性分布模式显示 TaPK7各区段承受的选择压力
不同, 而编码区承受更大的选择压力。编码区内发
生的非同义突变有 9 个, 其多发生于抗旱材料中, 引
起激酶活性位点或功能的变化, 这些变异优越与否
最终还需得到选择压力的验证。目前, 人们已经发
现调节序列及内含子序列变化能够对基因表达及功
能产生影响, 但尚不能像预测编码蛋白质结构那样
来预测非编码区的 SNP对基因表达及其功能的影响
程度。
3.2 小麦 TaPK7 基因的单倍型结构与抗旱性的
关系及进化分析
生物的进化及生物多样性的形成与基因组的突
变和自然选择密切相关, 生物体在漫长的进化过程
中形成自身特有碱基序列, 通过比较物种间 SNP 的
差异, 将促进物种的起源与进化和鉴定与分类研究,
与单个 SNP 分析相比, 单倍型分析能提供更多的遗
传学信息, 并且在分析 SNP 与表型的相关性时更为
有效。小麦 TaPK7基因的单倍型分析发现 5个强抗
旱单倍型, 其中 H12 为极强抗旱单倍型, 抗旱材料
04-109(4 216 bp)和中等抗旱材料晋麦 47 的核苷酸
突变分别发生在酪氨酸激酶磷酸化位点和酪蛋白激
酶 II磷酸化位点; H10包括 8份干旱敏感材料, 其中
5 份材料的编码区核苷酸由 a 突变为 t, 编码的谷氨
酸也突变为缬氨酸, 推测这些位点很可能预示着新
的变异方向, 是小麦 TaPK7 基因抗旱或干旱敏感的
重要位点。
本研究表明六倍体小麦与其基因组供体的二倍
体材料间无明显对应关系, 推测该基因家族与前人
研究的基因类似, 可能在小麦多倍体化后是独立进
化的[20], 六倍体小麦和野生近缘种在长期的历史进
化过程中所受选择压力不同, 因此六倍体小麦材料
与二倍体基因组供体材料间无明显对应关系; 另外,
两个 D基因组供体种材料与六倍体小麦的亲缘关系
差别较大, 很可能与其产地不同有关, Y185 来自小
麦的起源地中东(叙利亚), 而 Y215来源于墨西哥。
在长期的进化过程中, 植物为应对外界环境的
变化, 选择、征用一些参与自身生长发育的重复基
因演化为抗性基因[21]。目前已在水稻[22]、拟南芥[23]
等植物中发现有些蛋白激酶与抗性(抗病、抗逆)基因
结构相似。作物的抗旱性是多基因控制的复杂性状,
单个基因对抗旱性有一定的作用, 但这种作用是微
第 9期 张洪映等: 小麦 TaPK7基因单核苷酸多态性与抗旱性的关系 1543


效的、单方面的; 普通小麦为异源六倍体, 基因组庞
大复杂, 加之 TaPK7 属于多基因家族, 所以单从一
个基因着手来揭示基因多态性与抗旱性的关系可能
会存在一定的局限性, 下一步要以 SnRK2 基因家族
为研究对象 , 全面分析各成员之间的结构多态性 ,
并结合精准的抗旱性鉴定结果进行关联分析, 可能
在一定程度上揭示小麦 SnRK2基因家族与抗旱性的
关系。
4 结论
小麦 TaPK7 基因的 SNP/InDel 频率非常低, 编
码区承受的选择压力大于非编码区, 该基因属于相
对保守基因。H3、H7、H12、H14和 H17为强抗旱
材料单倍型, 其中 H12 为极强抗旱材料单倍型; H1
和 H10为干旱极敏感材料单倍型; 11种为中等抗旱
材料单倍型; 另外 3 种单倍型 H6、H15、H20 中同
时包括抗旱材料和干旱敏感材料。TaPK7 基因的序
列多态性与抗旱性有一定的相关性。
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