Геномная локализация и структурно-функциональные особенности генов биосинтеза флавоноидов пшеницы и ее сородичей

• Автор: Хлесткина, Елена Константиновна
• Шифр специальности: 03.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 325 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Флавоноиды и их биологическая роль

1.1.1. Классификация флавоноидиых соединений растений, их распространение и путь биосинтеза

1.1.2. Защитная роль флавоноидиых соединений

1.1.2.1. Участие флавоноидов в защите растений при различных видах стресса

1.1.2.2. Роль флавоноидиых соединений и пршнаков окраски в адаптации к неблагоприятным условиям окружающей среды у пшеницы

1.2. Генетические основы биосинтеза флавоноидов

1.2.1. Генетические основы формирования признаков окраски у пшеницы

1.2.1.1. Гены, определяющие красную окраску зерна пшеницы
1.2.122. Гены, определяющие окраску колоса и остей пшеницы
1.2.1.3. Гены, определяющие антощтновую окраску различных органов пшеницы
1.2.2. Структурные гены биосинтеза флавоноидов и регуляция их биосшггеза
1.3. Молекулярные методы анализа структурно-функциональной организации генов и генома растений
1.3.1. Выделение последовательностей генов растений
1.3.2. Анализа полиморфизма ДНК растений
1.3.3. Картирование генов, хромосом и геномов злаков
1.3.3.1. Молекулярно-генетическое картирование
1.3.3.2. Физическое картирование, делеционные карты пшеницы
1.3.4. Анализ транскрипционной активности генов, изменение активности генов в результате аллополиплоидизации
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Растгпельный материал
2.2. Нуклеотидные последовательности и праймеры
2.3. Фенотипический анализ растительного материала
2.4. Подготовка растительного материала для выделения РНК
2.5. Выделение ДНК растений
2.6. Выделение ДНК плазмид
2.7. Выделение РНК растений и обратная транскрипция
2.8. Полимеразная цепная реакция
2.9. Количественная ОТ-ПЦР и анализ продуктов реакции
2.10. Электрофоретический анализ ДНК
2.10.1. Электрофорез в агарозном геле
2.10.2. Анализ флуоресцентно-меченных продуктов ПЦР
2.11. Клонирование ПЦР-фрагментов
2.11.1. Получение электрокомпетентных клеток
2.11.2. Очистка ПЦР-фрагментов и лигирование
2.11.3. Трансформация клеток E.coli плазмидной ДНК
2.12. Анализ первичной структуры ДНК
2.13. Построение генетических карт и методы статистического анализа
Глава. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Картирование признаков окраски и анализ распространения их в коллекциях пшеницы
3.1.1. Картирование генов, определяющих черную, красную и серо-дымчатую окраску колоса
3.1.2. Картирование генов, определяющих антощтновую окраску различных органов
3.1.3. Распространение генов, определяющих признаки окраски, в коллекциях пшеницы
3.2. Клонирование и анализ нуклеотидных последовательностей структурных генов биосинтеза флавоноидов пшеницы и ее сородичей
3.3. Картирование структурных генов биосинтеза флавоноидов пшеницы и ржи
3.4. Изучение транскрипции генов биосинтеза флавоноидиых пигментов
3.4.1. Транскрипция генов Chi и F3h в колосковых чешуях изогенных линий пшеницы
3.4.2. Транскрипция генов 3Rt,Ans, CMkF3!i в колеоптиле
3.4.3. Транскрипция гена Мус-Al в перикарпе зерна пшеницы
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Геномная локализация генов биосинтеза флавоноидиых пигментов пшеницы и ее
сородичей
4.1.1. Геномная локализация и гомеология генов, определяющих фенотип пшеницы по

признакам окраски
4.1.2. Геномная локализация и гомеология структурных генов биосинтеза флавоноидов пшеницы
4.1.3. Сравнительное картирование генов, участвующих в формировании признаков окраски; сцепление с другими признаками
4.2. Структурно-функциональная организация генов биосинтеза флавоноидных пигментов пшеницы и ее сородичей
4.2.1. Организация структурных генов биосинтеза флавоноидов Chi, F3h, Ans и 3Rt..
4.2.2. Функциональная роль генов, определяющих фенотип пшеницы по признакам окраски
4.2.3. Скорость накопления несинонимичных замен в последовательностях генов биосинтеза флавоноидов
4.3. Особенности транскрипции генов в аллополиплоидном геноме и на чужеродном генетическом фоне
4.3.1. Сравнительный анализ транскрипции гомеологичных генов в аллополиплоидных геномах
4.3.2. Взаимоотношения между гомеологичными регуляторными и структурными генами в аллополиплоидном геноме
4.3.3. Экспрессия генов на чужеродном генетическом фоне
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
3GT (UFGT) - уридиндифосфат-флавоноид-З-О-гликозшггрансфераза
3RT - антоцианидин-3-гликозидрамнозилтрансфераза
4CL - 4-кумарат:КоА лигаза
5GT - антоцианин-5-О-гликозилтрансфераза
ПААТ - полиакриламидный гель
ПЦР - полимеразная цепная реакция
ОТ - обратная транскрипция
С29 - Саратовская
ACP-PCR - полимеразная цепная реакция с контролируемым отжигом праймеров (annealing control primed
Polymerase chain reaction)
AFLP - полиморфизм длины амплифицированных фрагментов (amplified fragment length polymorphism)
ANR - антоцианщцшредуктаза AS (AUS) - ауреузидинсинтаза
ВАС - искусственная бактериальная хромосома (bacterial artificial chromosome)
В (Blp) - ген ячменя, контролирующий черную окраску нижней цветковой чешуи и перикарпа зерна (black lemma and pericarp)
Bg — ген пшеницы, контролирующий черную окраску колосковых чешуй (black glume)
Bla - ген пшеницы, контролирующий черную окраску остей (black awn)
Cl — ген кукурузы, контролирующий ангоциановую окраску щитка и алейронового слоя (colorlessl)
С4Н - циннамат-4-гидроксилаза
CAPS - расщепленные амшшфицированные полиморфные последовательности (cleaved amplified polymorphic sequences)
CHI - халконфлаванонизомераза CHR - халконредуктаза CHS - хапконсинтаза CS - Chinese Spring
DArT - ДНК-ЧИП технология для изучения разнообразия (diversity array technology)
DFR - дигидрофлавонол-4-редуктаза DH - удвоенный гаплоид (doubled haploid)
DMID - 7,2’-дигидрокси-4’-метоксиизофлаванолдегидратаза
Dn - ген пшеницы, контролирующий устойчивость к пшеничной тле (resistance to wheat aphid)
Eet - ген пшеницы, контролирующий время колошения (ear emergence time)
EST - экспрессирующиеся последовательности ДНК (expressed sequences tags)
F3H - флаванон-3-гидроксилаза F3'H - флавоноид-З’-гидроксилаза
F3'5'H- флавоноид-3’,5’-гидроксилаза; FLS - флавонолсинтаза F7MT (FMT) - флавоноид-7-О-метшпрансфераза FS (FNS) - флавонсинтаза
GAPDH - глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа
Gli - ген пшеницы, кодирующий запасной белок глиадин
Gw - ген пшеницы, контролирующий вес зерна (grain weight)
Hg - ген пшеницы, контролирующий опушение колосковых чешуй (hairy glume)
HSV - вариация гомеологичных последовательностей (homoeologous sequence variant)
I2'H - изофлавон-2’-гидроксипаза
IFR - изофлавонредуктаза
IFS - изофлавонсинтаза
IOMT - изофлавон-О-метилтрансфераза

биосинтезе флавоноидов не ясна. Для выяснения функциональной роли в биосинтезе флавоноидов пшеницы генов, определяющих фенотип, необходимо сравнительное изучение экспрессии различных структурных генов биосинтеза в генотипах, контрастных по признакам окраски. Это, в свою очередь, предполагает предварительное клонирование и установление хромосомной локализации структурных генов биосинтеза, что также было выполнено лишь для отдельных структурных генов биосинтеза флавоноидов (Li et al., 1999; Hirni and Noda, 2004; Hirni et al., 2006).
1.2.1. Генетические основы формирования признаков окраски у пшеницы
Практически вслед за тремя работами, подтвердившими в 1900 году законы Менделя применительно к различным растительным объектам, вышли работы, посвященные анализу наследования ряда признаков пшеницы (Tsehermak, 1901; Spillman, 1902; Biffen, 1905). К наиболее ранним исследованиям по генетике пшеницы относятся также работы Nilsson-Ehle (1909) и Howard and Howard (1912, 1915). Все эти работы были посвящены в первую очередь генетическим основам признаков окраски у пшеницы. На основе изучения красной окраски зерна и колоса пшеницы было впервые описано явление полимерии (Nilsson-Ehle, 1909, 1914). С участием признаков окраски проводилось построение первых генетических карт хромосом мягкой пшеницы (Law and Wolfe, 1966) и создание коллекций изогенных линий твердой (Watanabe, 1994) и мягкой пшеницы (Коваль, 1997; Arbuzova et al., 1998).
1.2.1.1. Гены, определяющие красную окраску зерна пшеницы.
Первые работы по исследованию генетических основ признака красной окраски зерна пшеницы восходят к началу XX века. Biffen (1905) наблюдал моногенный доминантный характер наследования окраски зерна. В 1914 году Nilson-Ehle впервые сообщил о наличии трех независимых доминантных генов,