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大麦(Hordeum vulgare,2n=14),自花授粉,禾本科、大麦属,是我国主要种植作物之一。与小麦的营养成分近似,但谷蛋白含量较少,β-葡聚糖和可溶性纤维含量略高,在我国主要分布在长江流域、黄河流域和青藏高原。大麦籽粒醇溶蛋白作为种子胚乳中主要的贮藏蛋白质之一,其含量不仅对啤酒酿造、饲料加工产生一定的影响,甚至也能成为乳糜泻疾病的重要抗原来源。本研究选用三个国外品种:来自美国的Steptoe和Morex以及来自澳大利亚的Clipper作为实验材料。利用大麦醇溶蛋白启动子区域具有不同的甲基化机制差异,构建5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶(DME)的沉默子,并转化大麦,主要得到以下结论:1.以大麦Morex品种为材料,扩增高分子量醇溶蛋白(D-hordein)的启动子Hor3-1,通过使用不同保真性能的酶,最终确定有4个碱基差异的位点是由品种特异性造成的。之后,对得到的序列进行CpG岛的预测,得出该序列的GC频率介于0.41.2之间,绝大部分位点高于阈值0.6,而CpG岛的GC含量介于40%50%,低于显著水平。通过对顺式调控元件的预测得出,除了含有TATA-box和CAAT-box外,还发现一个涉及胚乳调控表达的元件,Prolamin框,它可以结合Dof类蛋白的转录因子。2.通过生物信息学的方法,分析了大麦HvDME(FM164415.1)的基因中含有17个外显子和16个内含子,其5946个碱基对的编码序列可翻译成1981个推定的氨基酸,这与小麦TaDME(AEF38424)1982个氨基酸基本相同。且两者蛋白二级结构都含有共同的保守基序:N端富含赖氨酸的区域、A结构域、DNA糖基化酶保守域、EndIII4Fe-4Se结构域和B结构域,其中DNA糖基化酶保守域中的螺旋-发夹-螺旋结构具有双功能性,在DME功能发挥中起着重要作用。3.利用本实验室保存的小麦pHMW-DMEhp载体为改造对象,以小麦TaDME-5A构建的发夹片段(Hairpin)在大麦DME核苷酸序列中有93%的相似性,这为利用小麦DME片段在大麦中产生功能奠定了基础。然后通过酶切连接的方法构建了大麦胚乳特异性的pHor3-DMEhp表达载体。4.为了提高大麦未成熟胚的诱导率和愈伤组织的分化率,以大麦Clipper和Steptoe为转化材料,逐步优化了大麦基因枪遗传转化的条件。优化后的条件为:受体幼胚的大小必须要适宜,最好介于12 mm;愈伤组织诱导培养基中需要添加浓度为2.5 mg·L-1的Dicamba;轰击前,需要浓度为0.5 mol·L-1甘露醇对愈伤进行高渗处理。5.经过基因枪转化,在56株成活苗中,首先通过设计特异性引物和PCR的方法筛选到6株阳性苗:2株为Clipper,4株为Steptoe,其T0代转化率为10.71%。然后对阳性植株T1代进行聚丙烯酰氨凝胶电泳(SDS-PAGE)检测发现,Clipper中P1E81-DME的B组分中有一条条带缺失,Steptoe中,P1E41-DME和P1E181-DME的目标条带较暗,这些结果暗示对B组分的下调取得初步成功,并为进一步鉴定提供了材料。