收藏本站
收藏 | 论文排版

两个水稻油菜素内酯相关基因的图位克隆及功能分析

刘喜  
【摘要】:水稻株型与粒型对提高产量至关重要,一直为育种家所关注。甾醇类激素油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)在调控水稻株型与粒型方面起着重要作用。研究表明,BR参与植物多个生长和发育过程的调控,如促进细胞的分裂与伸长、参与维管组织的发育、参与对光的响应、提高抗逆抗病反应等。目前BR相关突变体与转基因植株的研究表明,BR在提高水稻产量方面具有巨大的应用潜力。尽管人们已经鉴定和研究了很多BR合成与信号转导途径调控因子,但是对BR的合成与信号通路调控机制的了解还是有限的。为此,在水稻中,对BR合成与信号转导途径及其调控机制开展相关研究是十分必要的。本学位论文主要围绕两个BR相关突变体开展研究,第一部分为水稻BR不敏感基因DS1的图位克隆和功能分析,第二部分为水稻BR合成基因LHDD10的图位克隆和功能分析。第一部分:在本研究中,我们从南粳35辐射诱变突变库中分离和鉴定了一个表现出株高矮化、籽粒变小和叶片直立表型的突变体dwarf and small grain 1(ds1)。通过基因定位及功能分析,阐明了ds1表型的遗传机理与内在的分子调控机制。从细胞学水平和生理生化等方面对ds1进行了较为详细的研究。不仅使人们对水稻株型调控机理的认识加深,也为育种家培育出“理想株型”的水稻高产品种提供了重要的理论支持。主要研究结果如下:1.相比野生型,突变体ds1植株矮化、籽粒变小和叶片直立,这些表型类似于BR合成与信号缺陷突变体的表型,比如brd1与d61。外源BR敏感性测试表明,ds1突变体对外源BR处理的敏感性降低,表明突变基因可能影响BR信号途径。茎秆与颖壳的扫描电镜观察,表明突变体细胞变小导致了ds1的突变表型,且细胞扩张与细胞壁合成相关的基因在突变体中显著下调。将突变体ds1与野生型进行杂交和遗传分析,结果表明ds1的突变表型为单一隐性核基因控制。2.以ds1突变体为母本,滇粳优为父本进行杂交,构建F2遗传分离群体,用于突变基因的定位,最终将ds1定位在第1染色体长臂上80 kb的区域内。结合水稻基因数据库与基因组测序发现,定位区间的基因LOC_Os01g12890的第一与第二外显子和野生型相比存在3个碱基的缺失,导致蛋白功能丧失。通过转基因互补实验,证实ds1的突变表型是 LOC_Os01g12890的突变导致的,即LOC_Os01g12890为DS1。DS1基因组全长为4655 bp,包含4个外显子和3个内含子,编码区全长为3174 bp,编码一个含有1057个氨基酸的蛋白,为一个类EMBRYONIC FLOWER(EMF1)的蛋白,与拟南芥蛋白AtEMF1氨基酸具有37%的相似性,同源性为20%。结构域分析发现在DS1蛋白N端存在一个核定位信号(NLS)与GTP-ATP绑定的基序,而在C末端含有一个介导蛋白相互作用的LXXLL结构域。3.通过qRT-PCR分析,发现在突变体中多数BR信号相关基因的表达显著下调,其中OsBRI1的表达下调程度最高。由此,DS1的突变导致BR信号基因表达发生变化,最终影响水稻植株的生长发育。组织表达分析表明DS1在幼叶、穗与种子中强烈表达,在茎尖、茎与根中表达较低。有趣的是,突变体中ds1表达模式与野生型一致,且DS1的表达量无差异;在外源BL处理后DS1的表达量显著上调,这一结果表明BR可以诱导DS1的表达。4.通过酵母双交系统,发现DS1可与生长素响应因子OsARF11互作,且DS1的C端与OsARF11的中间结构域是两者互作所必需的。通过体内BiFC和体外pull-down实验进一步证实了 DS1与OsARF11存在互作。通过Crispr/Cas9敲除OsARF11,发现敲除的阳性植株均表现出矮化与叶片直立的表型,这些突变表型与ds1突变体的表型十分相似。在突变体osarf11中,OsBRI1的表达也显著下调。综合以上结果说明DS1通过与OsARF11互作,来调控水稻的生长发育。5.前人研究表明,水稻OsARFs可直接结合OsBRI1启动子上的AuxRE(TGTCTC)基序调控其表达。通过酵母单杂与瞬时表达实验,证明DS1与OsARF11互作,激活OsBRI1的转录。第二部分:本研究中,突变体late heading date and dwarf(lhdd10)是从籼稻品种93-11的EMS诱变后代中筛选到一个BR合成缺陷型突变体,表现为株高变矮、籽粒变小、抽穗期延迟。通过图位克隆和功能分析,揭示了LHDD10调控植株高度、粒型及抽穗期的遗传与调控机理,为将来通过基因组编辑等技术创造与培育优良的水稻高产品种提供重要的理论支持。主要研究结果如下:1.Lhdd10较93-11籽粒粒长变短,粒重减小、矮化、抽穗期延迟、叶色深绿。通过茎秆细胞的纵向石蜡切片观察,发现相比野生型,Lhdd10节间细胞明显变小,这可能是突变体lhdd10籽粒变小与矮化的主要原因。将突变体Lhdd10与野生型杂交,进行遗传分析,结果表明lhdd10突变表型为单隐性核基因控制。2.外源BR处理的结果表明Lhdd10是BR合成存在缺陷的突变体。qRT-PCR结果提示在突变体中多数BR合成与信号转导相关基因的表达下调。因此,LHDD10基因的突变引起BR合成与信号转导相关基因转录水平发生显著变化,进而影响水稻的正常生长。3.将lhdd10与KetanNanga杂交,构建F2遗传分离群体,将lhdd10定位在第10染色体长臂130 kb的区间内。利用水稻基因数据库,发现在130 kb的区间内含有11个ORFs(Open Reading Frames)。基因组测序发现LOC_Os10g25780的编码区存在一个单碱基的替换。QRT-PCR结果显示LHDD10在幼穗和茎尖中强烈表达,其次在叶枕、幼根、叶片中表达。生物信息学方法分析表明LHDD10编码一个假定的FAD氧化还原酶。4.lhdd10突变体在长日照、短日照下均表现为抽穗延迟。对长、短日照处理抽穗期相关基因的表达分析,发现抽穗期相关基因DTH8、OsDMAS51、OsGI和Ghd7在野生型和突变体间无差异,而Ehd1、OsMADS50和RFT1均显著下调。5.lhdd10突变体籽粒变小,粒长与粒宽都降低,而粒厚无显著差异。对已知的粒型调控因子的表达分析发现GL3.2、GL7、PGL2、GW5、GS3、SG1与OsSPL13在突变体中表达显著下调,这暗示LHDD10可能通过影响粒型基因的表达,参与对水稻粒型的调控。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李金军;练进旺;陆金根;高荣村;;水稻两性不育突变体图位克隆群体构建[J];浙江农业科学;2010年03期
2 黄世全;王棚涛;郭思义;宋纯鹏;;玉米核基因的图位克隆方法[J];河南大学学报(自然科学版);2018年03期
3 刘华英,萧浪涛,蔺万煌;高等植物油菜素内酯的生物合成及信号转导研究进展[J];生命科学研究;2002年S2期
4 毛健民,李俐俐;植物基因分离的图位克隆技术[J];生物学通报;2002年04期
5 储昭庆;李李;宋丽;薛红卫;;油菜素内酯生物合成与功能的研究进展[J];植物学通报;2006年05期
6 李娟;李东宣;甘树仙;冯德党;朱骞;熊海波;张小玲;陈丽娟;;一个新的水稻窄叶突变体的遗传分析和基因定位[J];分子植物育种;2011年02期
7 曾娟;刘清;唐蛟;黄志刚;;一个拟南芥矮化突变体表型与遗传的初步分析[J];激光生物学报;2015年05期
8 杜亚琳;陈海燕;郝宁;藤原徹;武涛;;拟南芥Mo敏感突变体基因克隆及功能分析[J];华北农学报;2018年03期
9 夏英武,徐杰坤,邱思密;辐射突变体在杂交育种中的利用[J];浙江农业大学学报;1979年00期
10 罗杰,陈季楚;油菜素内酯的生理和分子生物学研究进展[J];植物生理学通讯;1998年02期
11 韦海忠;延安发现无籽辣椒突变体[J];长江蔬菜;1996年04期
12 魏溪涓;张小明;王芳;邓敏娟;易可可;;水稻油菜素内酯不敏感且闭花授粉突变体的遗传分析和基因定位[J];浙江农业学报;2015年08期
13 李金军;潘日定;陆金根;高荣村;;水稻无种子类突变体的保存方法研究[J];中国稻米;2013年02期
14 汪端华;杨建国;李倩;吴双花;何长征;马艳青;;南瓜银叶突变体48a的表型特征及其遗传学分析[J];中国瓜菜;2020年04期
15 王霞;刘晓丹;于晓明;;凤尾鸡冠花耐盐突变体的RAPD鉴定[J];吉林农业;2016年23期
16 王振业;;水稻类病斑突变体研究进展[J];生物技术世界;2015年06期
17 全瑞兰;王青林;马汉云;扶定;霍二伟;沈光辉;郭桂英;;水稻白化转绿突变体研究进展[J];安徽农学通报;2015年12期
18 顾玉成,吴金平;利用离体培养技术筛选抗病突变体的研究进展[J];湖北农业科学;2004年02期
19 舒翠玲,郭燕翔,胡美茹,栾尧,沈倍奋;人CD28分子突变体的构建和表达[J];细胞与分子免疫学杂志;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨巍;崔华;董冉;丁新华;储昭辉;;拟南芥一个影响叶形发育和抗病突变体的图位克隆与功能鉴定[A];中国植物病理学会2012年学术年会论文集[C];2012年
2 李保珠;黄世全;彭雷;王亚坤;郭竞选;苗雨晨;宋纯鹏;;玉米苗期干旱反应突变体的筛选、鉴定及图位克隆[A];第一届全国玉米生物学学术研讨会论文汇编[C];2015年
3 刘胜;魏祥进;邵高能;唐绍清;胡培松;;一个黄绿相间水稻叶色突变体的图位克隆[A];2012年中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2012年
4 李泽惠;王荣臣;刑秀娟;Nigel M.Crawford;王勇;;NRT1.1在硝酸信号转导途径中的调控作用研究[A];山东植物生理学会第七次代表大会暨植物生物学与现代农业研讨会论文集[C];2012年
5 程备久;mail.hf.ah.cn);李展;mail.hf.ah.cn);朱苏文;mail.hf.ah.cn);李纯;mail.hf.ah.cn);李培金;mail.hf.ah.cn);谢传晓;mail.hf.ah.cn);;玉米对生突变体的遗传与分子标记研究[A];第八届全国激光生物学学术会议暨《激光生物学》创刊十周年庆祝会会议指南及论文摘要[C];2002年
6 黄新;王凤茹;董金皋;;CAM在BR信号转导网络中的负调控作用研究[A];中国植物病理学会2012年学术年会论文集[C];2012年
7 苏伯鸿;邱丽娟;;大豆株型突变体it1的鉴定与图位克隆[A];2017年中国作物学会学术年会摘要集[C];2017年
8 肖武名;彭歆;罗立新;王慧;郭涛;刘永柱;陈志强;;两个水稻突变体的鉴定[A];2017年中国作物学会学术年会摘要集[C];2017年
9 王军;杨杰;朱金燕;范方军;李文奇;王芳权;黄转运;仲维功;;水稻黄绿叶突变体ygl3(t)的生理特性和基因定位[A];江苏省遗传学会2013年学术研讨会论文摘要集[C];2013年
10 杨海莲;刘敏;郭旻;李荣德;张宏根;严长杰;;一个水稻黄绿叶突变体ygl10的遗传分析和基因定位[A];江苏省遗传学会第九次会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘喜;两个水稻油菜素内酯相关基因的图位克隆及功能分析[D];南京农业大学;2018年
2 顾炜;玉米籽粒突变基因Mn219和Dek39的图位克隆与基因功能分析[D];中国农业大学;2018年
3 张宇;两个水稻花器官发育基因的图位克隆和分子机制研究[D];沈阳农业大学;2017年
4 邹国兴;三个水稻叶色突变体的基因克隆与功能分析[D];中国农业科学院;2012年
5 朱忠欣;水稻调节铵吸收基因筛选及拟南芥铵吸收调节机制研究[D];安徽农业大学;2015年
6 王益华;水稻谷蛋白合成途径关键基因的图位克隆与功能研究[D];南京农业大学;2007年
7 汪得凯;三个与水稻株型相关突变体的鉴定与基因克隆[D];中国农业科学院;2005年
8 祝利霞;甘蓝型油菜黄化和光叶突变体的基因定位及克隆[D];华中农业大学;2014年
9 刘凯;水稻硼缺陷突变体的基因克隆及其功能分析[D];南京农业大学;2014年
10 张若西;BIG基因参与调控茉莉酸信号及其介导的植物发育和抗性反应[D];武汉大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐婷婷;两个水稻早衰基因的图位克隆与功能分析[D];中国农业科学院;2017年
2 麻艳超;拟南芥氮素营养相关基因的图位克隆及其初步功能验证[D];河北科技师范学院;2014年
3 高玲;水稻长护颖突变体基因图位克隆[D];西北农林科技大学;2005年
4 常改红;拟南芥黄萎病菌敏感型突变体的筛选与分析[D];河南大学;2015年
5 金怡;两个水稻叶色相关突变体的鉴定与基因克隆[D];浙江师范大学;2011年
6 梅家松;一个水稻黄绿叶突变体的鉴定与基因克隆[D];中国农业科学院;2015年
7 刘坚;一个水稻花器官突变体的遗传分析与定位[D];杭州师范大学;2007年
8 曹志林;两个拟南芥叶绿素缺陷突变体的基因克隆与初步功能分析[D];上海师范大学;2010年
9 白玉;拟南芥叶绿素荧光异常突变体cfa的图位克隆[D];河南大学;2015年
10 黄蕊;水稻水分蘖突变体6635的遗传鉴定及黄化突变体505ys的基因克隆[D];四川农业大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张雯雯;我科学家从玉米中提取出抗艾蛋白酶突变体[N];科学时报;2010年
2 王方;少分蘖多产出 调控水稻好株型[N];中国科学报;2019年
3 记者 张克;油菜素内酯决定水稻身高[N];科技日报;2014年
4 本报记者 刘洋;寻找“美丽的偶然”[N];东方烟草报;2014年
5 中国农技协棉委会顾问 刘春台;棉花小株型栽培好处多[N];河北农民报;2013年
6 郑自然;春季肥水与小麦株型[N];北京科技报;2003年
7 刘春台;棉花小株型栽培的好处[N];河北科技报;2013年
8 记者 李昌友 通讯员 雷玉洁 连梅;玉溪水稻“新株型”引进改良成效好[N];玉溪日报;2010年
9 章文;重塑棉花株型[N];农民日报;2003年
10 屯玉种业顾问 高级农艺师 刘志文;何谓品种的合理密度? 不同株型的玉米亩留多少苗为宜?[N];瓜果蔬菜报.农业信息周刊;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978