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《华中农业大学》 2012年
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水稻突变体库的筛选及控制水稻开花和粒重基因HGW的功能研究

郦娟  
【摘要】:水稻是世界上重要的粮食作物之一,同时也是单子叶植物的模式植物,对水稻基因功能的研究在理论上和实际应用中都有重大意义。 抽穗期和谷粒重都是水稻重要的农艺性状。合适的抽穗期可以增强水稻对于环境因素的适应能力,从而可以获得更高的产量。谷粒重是产量的决定因素之一。因此对抽穗期和谷粒重调控的分子机理的研究,对于提高水稻产量有着重要意义。本研究主要是通过筛选本室构建的水稻T-DNA插入突变体库,克隆到一个控制水稻开花和谷粒重的基因HGW。主要研究结果如下: 1.在苗期,通过水培的方法筛选1100个突变家系。在根形态突变体筛选方面,通过初筛和复筛最终没有得到表型与T-DNA共分离的家系。在苗期报告基因根特异表达家系的筛选方面,通过分离侧翼序列以及表达与T-DNA插入的共分离检测,最后得到了2个报告基因表达与T-DNA插入共分离的家系。 2.筛选得到一个抽穗迟和粒重变化的突变体,并对该突变体的突变表型进行了详细的分析。该突变体与野生型相比,抽穗迟约20天,粒宽仅为野生型的75%,同时千粒重也野生型的78%。将该突变体命名为hgw。 3.对突变体的颖壳进行横切,用扫描电镜观察发现突变体的颖壳横切面周长为野生型的77%。分析横切面上外稃和内稃外层薄壁细胞层的细胞数目和细胞大小发现,外稃的细胞数目大约减少19%,内稃大约减少23%。这个结果说明该突变体粒宽变窄的主要原因在于颖壳横切面上外层薄壁细胞的数目减少。 4. Southern blot检测hgw的T-DNA拷贝数,结果显示hgw是T-DNA单插入家系。 5.用TAIL-PCR的方法分离得到hgw的侧翼序列,序列分析发现该T-DNA插入在LOC-Os06g06530的第一个外显子内。通过共分离检测发现该突变体的表型与T-DNA插入共分离。 6.将野生型的LOC-Os06g06530片段转化到hgw突变体中,突变体的突变表型都得到回复,包括抽穗期、粒宽和干粒重。这证明了LOC-Os06g06530基因控制水稻抽穗期和粒重,将其名为HGW。 7.检索HGW的同源基因,发现HGW及其同源基因只存在于植物中,说明它们可能是一种植物特有的蛋白。分析其基因结构,发现它们具有相似的基因结构,大多含有5个外显子,说明它们可能在进化上存在保守性。分析其蛋白序列发现,它们在羧基端都含有一个UBA domain,推测这些基因可能与泛素化过程有关。分析HGW及其在拟南芥中的同源基因At5g53330的共表达基因,发现其中存在着很多参与泛素化途径的基因。这些结果显示HGW及其同源基因可能具有进化上的保守性,在泛素化相关过程中起作用。 8.构建HGW报告基因融合蛋白,转化水稻原生质体、烟草叶片表皮细胞以及洋葱表皮细胞。通过与多种细胞器特异定位的标记共表达,最终证明HGW定位在细胞核与细胞基质中。 9. RT-PCR和定量PCR分析显示,HGW在水稻各个生育期各个组织中都表达。hgw突变体的报告基因表达检测结果也证实了这一点。 10.定量PCR分析发现,hgw突变体与野生型相比,HGW基因表达量下降,说明hgw的突变表型是由HGW基因表达量下降造成。 11.定量PCR检测短日照条件下hgw和野生型叶片中抽穗期相关基因的表达发现,HGW是通过调控OsGI、Hdl和Hd3a从而来控制水稻抽穗。 12.定量PCR检测hgw和野生型小穗中粒重相关基因的表达,分析发现GW2、GW5和GIF1的表达量都发生变化。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S511

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