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《华南农业大学》 2017年
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水稻光温敏矮化基因PTD1控制株高的分子机理研究

毛润媛  
【摘要】:水稻株高与产量关系密切,研究株高相关基因,探明其分子机制,对于构建理想株型和育种意义深远。本文研究一个在组培过程中获得的光周期温敏显性矮化突变体Photoperiod-Thermo-sensitive Dwarf 1(PTD1)。前期研究发现PTD1矮化是野生型基因ptd1发生碱基缺失造成编码的蛋白C端移码所致。ptd1预测编码一个非特异脂质转移蛋白,该类蛋白具有8个半胱氨酸(Cysteine,Cys)组成的保守基序(Eight Cysteine Motif,8 CM),PTD1突变涉及8 CM的最末2个Cys。本文在此基础上,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术研究ptd1/PTD1的基因功能;利用Quantitative RT-PCR、Western Blotting等技术手段分析PTD1的光温响应特性;并通过分析改变ptd1蛋白C端结构的转基因植株和点突变8 CM中保守Cys的转基因植株以研究目标蛋白结构改变对矮化的效应,从而揭示PTD1控制水稻光温敏矮化的分子机理。本研究取得的主要结果如下:1)利用CRISPR/Cas9基因编辑系统分别对野生型ptd1和突变型PTD1基因进行功能敲除,获得的转基因植株均表现正常株高,发现ptd1不是水稻株高发育的必需基因,证明PTD1确实是导致矮化的基因并且是在蛋白水平起作用。2)通过光、温处理PTD1植株,发现温度是控制PTD1株高发育的一个重要环境因素,温度效应大于日照长度效应。3)对光温处理的植株进行mRNA表达和蛋白积累分析发现,PTD1的表达受到温度和光照时间共同影响,长日、低温条件下表达量最高而植株最矮,短日、高温条件下表达量最低而株高恢复程度最高。4)对ptd1的第56、76位的Cys(涉及第3、4位二硫键)进行点突变,发现带点突变的外源转基因植株能够重现矮化表型,证明ptd1的第3、4位二硫键被破坏是产生矮化表型的关键原因。而对ptd1的第31、41位的Cys(涉及第1、2位二硫键)进行点突变,发现转基因植株表现为正常株高,说明第1、2位二硫键的破坏不能导致矮化。5)通过对ptd1/PTD1蛋白C端结构改变的各种转基因植株进行分析,发现C端结构的改变严重影响PTD1的矮化功能。综上所述,PTD1需要第3、4位二硫键的破坏和一定的C端长度,保证形成合适的蛋白构象,才能获得抑制水稻细胞分裂和生长的功能。本研究通过多种实验手段揭示了一种控制水稻株高的新的分子机制,为相关分子育种提供了新的基因资源。
【学位授予单位】:华南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S511

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1 毛润媛;水稻光温敏矮化基因PTD1控制株高的分子机理研究[D];华南农业大学;2017年
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