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多倍化是自然界普遍存在的一种生物学现象。普通小麦是典型的异源六倍体,在产量、品质和抗逆性等方面较二倍体和四倍体祖先种具有明显的优势,但小麦多倍化过程中根毛长度变异的相关研究尚属空白。本论文旨在以异源六倍体小麦及其不同倍性祖先种为研究对象,对其苗期根毛长度进行测定和比较,并分析了TaRHD6 TaRSL4、TaMRH1和TaEXPB1基因差异表达与根毛长度变异的关系,以期为解析多倍体性状变异的分子机理提供参考依据。主要研究结果如下:1.以不同倍性的人工合成异源多倍体小麦及其亲本为材料研究发现,异源四倍体小麦根毛长度显著高于其二倍体亲本,表现出明显的多倍体优势。与四倍体亲本相比,异源六倍体小麦根毛长度没有增加,说明在多倍体小麦形成和进化过程中DD基因组对根毛长度的影响相对较小。2.以109份不同倍性的天然小麦及其近缘种为材料研究发现,在二倍体水平上,SS基因组根毛长度显著高于AA和DD基因组,但AA和DD基因组之间没有显著差异,说明根毛长度在二倍化过程中就发生了明显的分化。对不同倍性进行分析发现,异源四倍体和异源六倍体小麦的根毛长度之间没有显著差异,但均明显高于3个二倍体祖先种,暗示着异源多倍体小麦的根毛长度优势源自异源四倍化过程,并在异源六倍体形成和进化过程中遗传并保留下来。3.克隆了2个与拟南芥根毛发育关键基因AtRHD6和AtRSL4同源的小麦基因TaRHD6和TaRSL4,其在人工合成异源四倍体小麦中的表达水平都明显高于其二倍体亲本。研究发现,TaRHD6和TaRSL4基因在不同倍性天然小麦及其近缘种根系的表达水平与根毛长度变异显著正相关(P<0.01)。另外,与野生型相比,TaRHD6和TaRSL4基因的拟南芥超表达株系根毛长度明显增加,地上部生长加快、生物量提高,在营养胁迫下地上部差异更明显。4.利用CAPS技术分析发现,异源多倍体小麦中来自不同基因组的3个TaRSL4部分同源基因表达存在明显差异。另外,转基因功能鉴定证实TaRSL4基因的小麦超表达株系根毛显著长于野生型。分析还发现,该基因的超表达株系在营养胁迫条件下的地上部生物量显著高于野生型,并且人工合成异源四倍休小麦在营养胁迫下的地上.部生物量中亲优势值较正常条件明显提高,说明根毛长度的增加有利于小麦营养物质的吸收,进而促进地上部生长。5.建立了TaTSL4基因小麦超表达株系与野生型的转录组差异表达谱,鉴定出2095个差异表达基因,其中在转基因株系中上调和下调表达的基因分别为1673和422个。研究发现,TaMRH1基因在TaRSL4小麦超表达株系中上调表达,并且其在不同倍性天然小麦及其近缘种根中的表达水平与TaRSL4表达量及根毛长度均呈显著正相关(P<0.01),推测可能为TaRSL4调控的下游基因。6.利用DNAi技术研究发现,TaRHD6和TaRSL4基因在小麦根中下调表达后导致根毛明显变短。在此基础上,克隆了 1个与大麦根毛发育关键基因HvEXPB1同源的小麦TaEXPB1基因,并采用DNAi策略证实该丛因的下调表达抑制了根毛的伸长,说明DNAi技术可以用于小麦根毛发育基因的高通量鉴定。研究还发现,TaEXPB1基因在人工合成异源四倍体小麦根中表现为超高亲表达,并且在TaRSL4基因小麦超表达株系中也上调表达。综上所述,初步提出了人工合成异源四倍体小麦根毛长度优势形成的分子调控模式,即某种原因使TaRHD6基因及其直接作用的靶基因TaRSL4在人工合成异源四倍小麦中上调表达,进而使下游的TaMRH1与TaEXPB1基丛因表达上调,最终导致了人工合成异源四倍小麦根毛长度优势的形成。