摘要
普通小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最主要的粮食作物之一。我国小麦种植面积占粮食作物总面积的22％,是世界上小麦总产最高，消费量最大的国家。TCP(TEOSINTE BRANCHED,CYCLOIDEA,PROLIFERATING CELL FACTORS)家族是一类植物特异的转录因子，参与植物生长发育的多个生物学过程，尤其是叶型、分蘖、开花、抗病、激素应答等方面。在很多物种中，TCP家族的进化和功能都有一定的研究。而在小麦中，目前还没有对TCP基因进行系统发育和表达谱分析。本研究中，我们对小麦TCP家族基因进行了全基因组系统分析，揭示了 TCP家族成员的基因结构、染色体定位、系统发生关系和启动子顺式元件分布特点;解析了 TCP基因在幼穗和未成熟籽粒不同发育时期以及抽穗期组织特异性表达谱;并进一步利用原位杂交方法研究了TaPCF5、TaPCF6、TaTCP18和TaTCP21在穗发育早期和TaTCP9在籽粒发育早期的时空表达特性;采用酵母双杂交的方法研究了 TaPCF6、TaTCP18、TaTCP21和TaPCF3之间的互作;最后对籽粒发育早期高表达的TaTCP9-A提前终止的四倍体突变体进行鉴定及表型观察。主要结果如下: 一、利用水稻和拟南芥的蛋白全长序列，在小麦基因组中鉴定了 22个TCP基因，每个TCP基因有三个部分同源基因共66个位点。进化分析发现，小麦TCP家族分为2类:Class Ⅰ(又称PCF类)和ClassⅡ,Class Ⅱ又分为两个亚类:CIN类和CYC/TB1类;TB1的直系同源基因有两个 TaTB1-1和TaTB1-2;还发现一个小麦特有的TCP基因:TaTCP29;这表明该家族在进化上相对保守。染色体定位显示TaTCP在小麦7条染色体上不均匀分布。小麦有4个TaTCPs(TaPCF5、TaPCF6、TaPCF8 和 TaTCP21)含 miR319 和 miR159 的靶位点，可能受 miR319 和 miR159 调控。启动子顺式元件分析表明TCP与植物生长发育、激素响应以及生物胁迫和非生物胁迫有关。 二、表达分析显示大多数TaTCP基因在幼穗和未成熟籽粒中表达，表明TaTCP基因很可能参与小麦穗和籽粒发育。我们发现:1)在幼穗发育关键时期高表达的TaTCP基因;2)在籽粒发育早期细胞高度分裂和分化时期高表达的TaTCP基因;3)在籽粒发育早期珠心突起和胚乳传递细胞特异表达的TaTCP9,表明该基因很可能参与了籽粒发育;4)TaTB1-1和TaTB1-2具有不同的表达谱，预示着它们在进化中可能存在功能分化。此外酵母双杂交结果表明，部分TCP成员之间可以形成同源或异源二聚体，甚至自激活。 三、TaTCP9-A两个提前终止四倍体突变体L2431、L3090均表现出穗长增加，籽粒粒长增加的表型，进一步证明TCP可能在穗和籽粒发育中发挥重要作用。 综上所述，本研究对小麦中TCP家族进行了全面分析，获得了小麦TCP基因的序列、结构、系统进化及时空表达信息。我们的工作为小麦TCP基因家族进一步的功能研究提供了新的视角。
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