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《南京农业大学》 2007年
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OsGA20ox2基因沉默降低水稻株高的研究

乔枫  
【摘要】: 20世纪60年代在农作物研究上掀起了一场绿色革命,水稻OsGA20ox2基因的突变产生水稻半矮化品种。这些矮化突变体不仅抗倒伏,而且提高了粮食产量,解决了由人口增长引发粮食缺乏的问题。这些水稻半矮化品种目前仍被应用到农业生产中。 水稻是最重要的农作物之一。有些水稻品种如QX1农艺性状好,包括高产、正常开花、可育、品质优良等,但是在雨多风大的某些地区不能大面积推广种植,主要是株高过高,易倒伏,给生产收获带来不便。所以,适当降低株高且不影响其他重要农艺性状,是非常必要的。在现有优良品种的基础上,利用分子遗传学方法来改良作物品种的特定农艺性状如株高,是一种可行的捷径。RNAi技术能够特定抑制靶基因的表达。本研究通过RNAi技术,下调OsGA20ox2基因的表达,导致水稻植株矮化,而不影响其他农艺性状,取得以下结果: 1.基于OsGA20ox2核苷酸序列,以水稻粳稻品种QX1基因组DNA为模板,通过PCR扩增3个特异片断,分别作为RNAi的3个干涉区段。它们分别包括OsGA20ox2基因的外显子1、外显子2和外显子(?),干涉区段长度分别为597 bp、531 bp和990bp。将上述片段连接到中间载体pTCK303上,分别构建正向连接载体、反向连接载体和发夹RNAi载体,共构建了9个表达载体。 2.通过根癌农杆菌EHA105介导法,将9个表达载体遗传转化4个水稻品种QX1、中作8923、中作0114和中作0201,共得到转基因植株1215株,其中矮化植株为465株。3个发夹载体pCH1CK(干涉区段为597 bp)、pCH2CK(干涉区段为531 bp)、pCH12CK(干涉区段为990 bp)的矮化效率依次为25%、29%、36%,他们的矮化植株经2个世代分离,遗传稳定性好。 3.对中作8923/pCH2CK的矮化植株生物学性状进行分析,结果显示矮化植株株高降低到对照的53%~58%,矮化植株各个节间长度比对照缩短。对于受体QX1和中作0201来说,发夹载体pCH1CK和pCH12CK都获得了矮化植株,其中pCH1CK的矮化植株株高是对照的70%~84%,pCH12CK为62%~70%,由此推出随着干涉片段的增加,矮化程度加重。所获得的转基因矮化植株与对照相比,开花正常、可育,产量保持稳定。 4.通过Southern blot分析,表明矮化植株有外源片断插入水稻基因组中,有单拷贝、2拷贝或多拷贝插入。RNAi矮化植株的RT-PCR和Northern blot分析结果表明OsGA20ox2基因在矮化植株中的表达与对照相比,明显下降;RT-PCR结果显示其它3个OsGA20oxs基因包括OsGA20ox1、OsGA20ox3和OsGA20ox4在水稻矮化植株和对照中的表达基本一致。 5.对部分RNAi矮化植株的T_2代幼苗外施不同浓度GA_3,可促进水稻第二叶鞘延伸。其中浓度为10μM GA_3连续处理幼苗5天,矮化植株幼苗可恢复对照的株高。以上结果表明矮化植株对外源生物活性GA_3有反应。 6.通过GC-MS法测量部分RNAi矮化植株幼苗内源GA含量,表明矮化植株中内源生物活性GA_1含量下降到对照的32%~56%。以上结果可能是OsGA20ox2基因的下调影响了GA代谢途径,导致其下游生物活性GA含量降低。 7.本研究中应用RNAi技术下调OsGA20ox2基因的表达,降低了水稻株高性状。但是不影响其他重要农艺性状,如产量、开花和育性等,避免了传统育种的长期性和繁琐性。表明RNAi技术可以有效调节水稻株高性状,是研究植物功能基因组学的重要工具之一。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q943;S511

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