野生大麥Hsp17基因的克隆與序列多樣性分析.pdf

1、野生大麥?zhǔn)且荒晟亩扼w（2n=2x=14）嚴(yán)格自花授粉的禾本科植物，染色體數(shù)目為x=7，自交率達98％，它是現(xiàn)代栽培大麥的祖先，可以獨自生存和繁衍而不依賴人類農(nóng)事活動，在中東的以色列地區(qū)、土耳其、阿富汗等地有著廣泛的分布，并且有著豐富的遺傳多樣性[1]。野生大麥相對其他作物而言，相對比較保守，同時，它的生育期短、早熟、抗逆性強、豐產(chǎn)、適應(yīng)性廣，并且在野生和栽培大麥的形式上沒有雜交的障礙，自然和人工雜交都很容易得到。正是由于野生大麥這些

2、特殊的性質(zhì)，所以它成為了研究植物適應(yīng)性進化的重要模型植物，被認(rèn)為是21世紀(jì)遺傳改良的重要基因資源。
　　干旱導(dǎo)致生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成和mRNA的轉(zhuǎn)錄受到抑制，同時迅速誘導(dǎo)合成一類進化上非常保守的蛋白質(zhì)，即熱激蛋白（heat shock protein，Hsps），這種反應(yīng)會允許生物體忍耐水分脅迫的逆境。α-晶體蛋白區(qū)域是低分子量Hsps的標(biāo)志[64]，它以分子伴侶的方式在生物體受到熱脅迫時防止蛋白質(zhì)的聚集和變性蛋白的重折疊，而亮氨

3、酸的疏水性則在α-晶體蛋白區(qū)域中具有很重要的作用。目前，Hsps在動物中研究居多，而植物中研究相對較少。已經(jīng)從水稻、小麥中分離鑒定出了部分Hsps，但在野生大麥中未見報道，所以本研究以野生大麥小分子量熱激蛋白Hsp17作為研究對象，對17個來自世界各地的具有代表性的野生大麥居群材料進行了Hsp17基因克隆與序列分析，主要結(jié)果如下：
　　1、克隆得到17種野生大麥材料的19個Hsp17片段序列，經(jīng)測序獲得兩種不同大小的序列，長序列為

4、1341～1355bp，短序列為939～1004bp。從基因結(jié)構(gòu)上看，Hsp17基因的長、短片段在啟動子區(qū)和編碼區(qū)長度也無明顯差異，長片段與短片段的明顯差異在于短片段在3UTR上比長片段少了一部分序列。
　　2、氨基酸序列分析表明，由17種野生大麥的Hsp17基因推導(dǎo)的氨基酸序列雖然存在不同，但是從二級結(jié)構(gòu)上看，碳末端所包含的α-晶體蛋白中編碼亮氨酸的位點有很強的保守性。
　　3、系統(tǒng)發(fā)生樹分析發(fā)現(xiàn)，野生大麥基因組中Hsp1

5、7蛋白基因發(fā)生了多次進化。而Hsp17基因序列并沒有從地理結(jié)構(gòu)上得到明顯的區(qū)分，所有擴增出的短序列的材料幾乎都是由擴增出長序列的材料進化而來，而所有的片段（除PI268242），都是以栽培大麥冬青八號的長序列（LD17）和野生大麥PI254894（6S Iraq）為祖先進化而來。材料PI268242和PI220523與其他材料的序列有明顯的差異，PI268242進化關(guān)系最遠，基因型最古老，屬于祖先材料，而PI220523進化關(guān)系最近，由

6、祖先材料經(jīng)過若干代進化而來。
　　4、從本次實驗的葉片失水率統(tǒng)計看，材料PI268242的失水率最大，PI220523的失水率最小，說明材料PI220523更具有抗旱性，而材料PI268242比較不利于抗旱。
　　綜上，本研究克隆并系統(tǒng)分析了19個應(yīng)對干旱脅迫反應(yīng)的Hsp17蛋白基因序列多樣性及其與抗旱性的關(guān)系，明確了大麥族物種的演化與Hsp17蛋白基因家族進化的內(nèi)在聯(lián)系，提供了基因結(jié)構(gòu)與功能變異與環(huán)境適應(yīng)性進化的新證據(jù)，揭