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《中国农业科学院》 2018年
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利用CRISPR/Cas9技术编辑粒长基因GS3改善粳稻开花时间

孟帅  
【摘要】:水稻是世界主要的粮食作物之一,我国水稻的种植面积约3067hm~2,其中粳稻种植面积约占21.7%,而杂交粳稻的种植面积仅占粳稻播种面积的5%,相比杂交籼稻而言,杂交粳稻的发展相对缓慢,应用十分有限,其中制种产量低是影响杂交粳稻发展的主要因素之一,而粳稻开花习性差是制约制种产量的主要因素,主要表现在开花不集中且分散,高峰期不明显。近年来,随着育种工作者对杂交水稻亲本开花习性的研究发现,同一亚种(籼稻或粳稻)水稻,其开花习性也存在差异。谷粒越长,开花越早,谷粒越圆,开花越迟,而这在粳稻品种中尤为突出。由于谷粒长度和长宽比具有稳定的遗传特性,因此粒型可作为现今选育早花时不育系的一种参考,可望通过改变谷粒的长度和长宽比来调整水稻开花早晚的问题。本研究利用CRISPR/Cas9技术对调控粒型基因GS3定向编辑,以13个常规粳稻为背景进行转基因试验,获得13对近等基因系材料。主要研究如下:1.靶位点敲除的构建GS3基因位于水稻第三号染色体上,含有5个外显子,编码一个由232个氨基酸组成的跨膜蛋白,而该基因所编码的蛋白对粒型起负调控作用,根据CRISPR/Cas9系统识别前间区序列临近基序的特异性,我们在第一外显子上起始密码子(ATG)处上下游8bp左右设计gRNA靶位点。2.农杆菌转化及转基因植株T_0代获得我们将构建好的靶位点PC1300-Cas9-GS3载体通过热激转化到农杆菌EHA105内,然后分别转化水稻材料长白25、吉粳102、空育131、垦鉴稻6号、浙粳22、浙粳88、武运粳27、扬粳4227、南粳9108、J5933、J6167、J5938、J42的愈伤组织。然后提取T_0植株的DNA,进行PCR酶切试验并通过测序验证。3.农艺性状考察我们对转基因后代的播始历期、株高、粒长、粒宽及长宽比等农艺性状进行田间调查,分析结果表明。13份转基因植株在粒长和长宽比上出显著增加,播始历期和粒宽无显著差异,大部分转基因系株高显著降低。4.开花时间差异分析选取同一背景条件下的13对材料,对纯和突变的后代植株进行田间花时调查分析,结果表明突变体的花时早于野生型花时,且吉粳102、武运粳27、空育131、浙粳88和扬粳4227的gs3突变体开花时间均显著早于野生型,其余材料开花也提前但不显著。利用CRISPR/Cas9技术成功对GS3基因进行编辑来改善粳稻开花习性,这一研究可为粳稻粒型育种提供参考,加速长粒粳稻亲本选育,有望推动杂交粳稻发展。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S511.22

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