冷驯化条件下小麦返白突变系叶绿体基因的转录组研究

小麦返白系是一个对低温敏感的冬小麦自然突变系，在冷驯化条件下，表现为幼苗自心叶基部开始白化，最后整个植株变白；后随气温上升，白化叶片又会逐渐复绿。这个突变系发现于1985年，是申请人所在实验室特有的遗传材料，已对其进行了多年的研究。我们已确定，这种可逆的的白化现象属于细胞质遗传，是由于返白小麦的叶绿体基因组发生变异，通过核质互作调控基因表达，引起在低温条件下的叶片白化。在前期研究的基础上，本项目将采用Microarray的方法，对田间及室内冷驯化过程中，返白小麦与亲本小麦叶绿体基因的转录组进行分析，比较叶绿体基因表达谱的差异，并研究叶绿体基因在转录后水平上的表达调控，以确定返白系与白化密切相关的叶绿体基因序列。研究结果将揭示低温对叶绿体基因表达的调控、初步阐明返白小麦叶片白化的分子机制，为进一步研究低温条件下的核质互作奠定基础。

为了深入阐明小麦返白系低温诱导自心叶白化的分子机制，本项目以小麦返白系与亲本矮变1号、白化转育材料Fli2000与对照材料Li2000CK、及普通小麦中国春等相关小麦品系为主要研究对象，通过传统遗传学、基因芯片、叶绿体基因组序列分析、叶绿体转录组分析等方法和技术，对返白系的白化分子机理从细胞核与细胞质两个方面进行了深入研究和分析，取得如下重要结果：返白系的白化现象是一个受到细胞核与细胞质因子共同调控的遗传现象，调控白化现象的细胞核基因位点有多个；返白系与矮变1号的叶绿体基因组序列近乎一致，全长都是135,898 bp，仅有6个位点的SNP差异；以低温处理的返白系和亲本的心叶为材料，进行基因芯片与数字表达谱研究，筛选得到多个在转录水平表达有差异的基因，基因芯片和数字表达谱共同检测到22个有差异表达的冷驯化相关基因，已对一些有差异表达的基因进行与白化相关性研究；半定量RT-PCR比较分析返白系与对照材料叶绿体编码基因的转录组，结果揭示了在返白系心叶中，低温诱导 Cytb6f复合体亚基编码基因、NADH脱氢酶亚基基因、核糖体大小亚基蛋白基因的表达量显著下调；初步研究小麦叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛羧酶（TaCpFBA）DNA与cDNA的分子特征及不同逆境条件下的表达模式，构建了TaCpFBA-eGFP瞬时表达载体，转化拟南芥进行亚细胞定位，构建了35S-CpFBA-eGFPS融合载体转化返白系小麦，获得了转基因株系的T2代，将继续对转基因植株的表型进行鉴定；对低温条件下小麦返白系中尿卟啉原Ⅲ合成酶基因的表达模式与分子特征分析，初步认为返白小麦和矮变小麦中UROS基因的表达存在着较大差异，将UROS基因定位到小麦第4同源群染色体上，UROS-4D基因存在着转录后mRNA前体的可变剪接，返白小麦UROS-4D启动子存在甲基化变化。