收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

两个控制水稻株型基因TBP1和qNPB8的图位克隆与功能分析

林云  
【摘要】:水稻是人类重要的粮食作物,为将近三分之二的人口提供口粮。随着当前人口的不断增加和有效耕地面积逐渐缩小,粮食安全问题变得越来越严重。目前,水稻产量提升出现了徘徊现象,解决现有困境的有效途径之一就是进行理想株型育种。水稻株型包括水稻地上部三维结构的所有构成因素,包括叶形,穗型,茎秆和分枝模式,是水稻产量的决定性因素。理想株型育种的关键在于为能够培育出符合人类栽培需要的理想株型水稻,需要不断发掘新的株型材料,克隆调控株型建成的基因,深入理解水稻植株形态建成的机理。在本研究中发掘了 2份水稻株型材料,包括矮秆多分蘖突变体tbp1(top bending panicle1)和壮秆大穗材料P8823,通过图位克隆分别得到两个控制水稻株型的基因:TBP1和OsSPL14P8823。从细胞学、遗传学和基因功能等方面开展研究,旨在深入了解这些基因的功能,完善水稻株型建成的分子机理并为株型育种提供了材料和思路。本论文的主要研究结果如下:1.从日本晴突变体库中筛选得到tbp1突变体,表型为矮秆、密穗、多分蘖,剑叶直立,穗顶端弯曲。遗传分析显示表型的变化是由单个隐性基因控制的。石蜡切片显示tbp1的茎秆细胞长度变小,剑叶基部近中脉处泡状细胞数目减少导致剑叶基部卷曲。tbp1的穗变短,千粒重下降,但是一次枝梗数及每穗粒数增加使得tbp1的单株产量比日本晴有所提高。利用F2分离群体将TBP1精细定位在第8染色体上37.9 kb区域内,该区间包含2个ORF,测序发现ORF2(LOC_Os08g07760)在第二个外显子上发生单碱基替换,转基因实验证实ORF2就是目的基因。该基因是SERK家族成员,与之前报道的OsBAK1等位,tbp1是水稻中第一个SERK1的功能缺失突变体。2.TBP1在水稻体内组成性表达,在幼嫩组织中表达量尤其高,在成熟组织中表达量较低,但在叶片的叶枕位置持续高表达,暗示TBP1对于水稻的发育尤其是叶片基部的发育影响较大。对叶片的观察也发现,tbp1剑叶基部卷曲,中部皱缩,叶片连接脉分裂,叶片维管束中木质部比例下降,干扰TBP1出现了类似的表型,而表型严重的干扰植株叶片严重卷曲,幼苗期出现病斑并早衰。3.突变体中ORF2的单碱基替换并没有引起该基因表达量的变化,但是使TBP1蛋白的第61位氨基酸发生替换,导致其蛋白与OsBRI1在质膜上的互作强度降低,引起了突变体中BR信号传递的异常。4.育种中间材料P8823相比于一般栽培品种,植株株高更高,茎秆更粗壮,分蘖数目变少,一次枝梗数和每穗粒数增加。利用P8823和日本晴杂交得到的F2群体构建了一个均匀覆盖全基因组的遗传图谱,检测到一个位于第8染色体的一个主效QTL位点,qNPB8。利用分子标记筛选的F2:3次级分离群体进一步将定位区间缩小到分子标记DS-3和DS-5之间62.2 kb范围,其中包含9个ORF。以日本晴为轮回亲本,P8823为供体亲本,通过回交构建近了等基因系NIL-P8823。NIL-P8823相比于日本晴,分蘖减少,株高增加,茎秆粗壮,一次枝梗和每穗粒数显著增加。5.对定位区间内的9个ORF进行测序发现P8823体内OsSPL14基因上游序列3 kb范围内有3处单碱基差异,与先前报道的qWS8相似。定量分析显示NIL-P8823中的OsSPL14的表达量显著高于日本晴,酵母双杂系统检测发现来自P8823的OsSPL14的转录活性更强,此外,P8823与日本晴的杂合子表现出半显性的表型,该结果暗示着OsSPL14是导致NIL-P8823株型变化的目的基因。6.定量分析显示OsSPL14的表达模式存在组织和时间的特异性,主要在茎秆和幼穗中表达,在基部节间的表达量高于顶部节间,在2mm长的幼穗中表达量达到最高,之后逐渐降低。NIL-P8823相比于日本晴株高增加,茎秆粗壮,一次枝梗原基增加,切片观察发现节间长度增长的原因是细胞数目的增加。流式细胞仪分析显示NIL-P8823节间细胞分裂速率加快,定量测得近等基因系内9个细胞周期蛋白表达量显著提高。通过对这几个细胞周期蛋白启动子的分析发现它们都包含一定数目的GATC元件,该元件是OsSPL14的结合元件,通过酵母单杂验证了 OsSPL14确实能够与CYCB1:5、CYCD2:2、CYCD4:1 和 CYCD4:2 的启动子结合。7.qNPB8是一个多效株型调控位点,利用不同品种的栽培水稻与P8823杂交,检测qNPB8在不同背景中的功效,结果发现,qNPB8在不同背景下对每穗粒数的提升作用最为明显,同时也能够一定程度的提高株高,抑制分蘖。在小区产量测定也证实了qNPB8在改良株型、提升产量上的巨大潜力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 孙成明,苏祖芳;水稻株型的研究进展(综述)[J];上海农业学报;2004年01期
2 蔡星星;张盛;王欢;吕锐玲;李兴华;周强;;水稻株型基因的研究现状及应用前景[J];分子植物育种;2017年07期
3 赵祥强;杨学明;王军;张宏根;梁国华;顾铭洪;;转基因技术改良水稻株型研究进展[J];江苏农业科学;2005年06期
4 郭震华;;水稻株型结构相关基因遗传研究进展[J];黑龙江农业科学;2013年11期
5 李红;何炜;连玲;魏毅东;蔡秋华;王颖姮;谢华安;张建福;;水稻株型的研究进展[J];福建稻麦科技;2020年04期
6 ;华中农大:水稻株型及分枝调控研究获进展[J];食品工业;2016年02期
7 王昆;罗琼;蔡庆红;蒋敏明;匡建业;丁秋凡;唐启源;;水稻株型的研究进展[J];湖南农业科学;2013年17期
8 冯永祥,徐正进,王聪;水稻株型的研究进展[J];内蒙古民族大学学报(自然科学版);2003年03期
9 ;赤霉素和脱落酸调控水稻株型的分子机制获揭示[J];中国食品学报;2020年04期
10 张龙步;;水稻株型的研究[J];铁岭农学院学报;1975年02期
11 张浩;欧阳由男;王会民;朱练峰;金千瑜;郑可锋;;识别不同水稻株型的高光谱模式方法的建立[J];核农学报;2010年06期
12 高云,涂从勇;对华南双季稻作区一种水稻株型模式的研究[J];种子科技;2002年06期
13 李继开;;水稻株型研究——水稻的株型参数[J];北方水稻;1980年05期
14 吕艳东;徐令旗;李猛;赵洋;李晓蕾;姜红芳;胡月;王鹤璎;兰宇辰;金阳;张佳柠;郭晓红;;黑龙江省水稻株型演变及与品质相关性分析[J];东北农业科学;2020年02期
15 ;我国科学家揭示水稻株型建成分子机制[J];中国食品学报;2017年12期
16 肖佳雷;辛爱华;张国民;尹静;刘迎雪;马军韬;左辛;;黑龙江省不同积温带水稻株型特点分析[J];作物杂志;2009年02期
17 李春光;宋晓慧;孙翊轩;刘文志;刘永巍;程芳艳;;浅谈水稻株型育种研究进展[J];农技服务;2017年13期
18 林泽川;曹立勇;;水稻株型相关基因的定位与克隆研究进展[J];中国稻米;2014年01期
19 ;培育最理想的水稻[J];种业导刊;2017年10期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 罗立新;肖武名;张力;王慧;郭涛;刘永柱;陈志强;;水稻株型新基因NAL10的功能初步研究[A];2017年中国作物学会学术年会摘要集[C];2017年
2 欧阳由男;康文启;董成琼;禹盛苗;朱练峰;金千瑜;;水稻动态株型特征特性与生理生态调控研究[A];2009年中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 林云;两个控制水稻株型基因TBP1和qNPB8的图位克隆与功能分析[D];南京农业大学;2017年
2 汪欲鹏;两个水稻株型突变基因的图位克隆与功能分析[D];江西农业大学;2018年
3 赵磊;水稻株型与产量控制基因PAY1的克隆与功能分析[D];中国农业大学;2015年
4 李艳大;水稻株型与光能利用的模拟研究[D];南京农业大学;2010年
5 段二超;水稻株型调控基因OsSHI1与籽粒发育调控基因PFP_β的克隆与功能分析[D];南京农业大学;2018年
6 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 喻小鲁;OsIAAGLU调控水稻株型的机理分析[D];华南农业大学;2017年
2 罗立新;水稻株型基因NAL11功能的初步验证[D];华南农业大学;2017年
3 危扬;基于光模型的高产作物株型定量化设计研究[D];浙江工业大学;2014年
4 林泽川;水稻株型相关性状的QTL定位[D];中国农业科学院;2013年
5 马梓铭;AP2家族转录因子OsRPH1调控水稻株型的功能研究[D];吉林大学;2020年
6 张彩霞;水稻株型相关基因的定位及LAX互作蛋白的筛选[D];华中农业大学;2014年
7 许乃霞;高产水稻株型指标与产量形成及籽粒增重关系的研究[D];扬州大学;2001年
8 张松;钾离子转运蛋白OsHAK5调控水稻株型机理的探究[D];南京农业大学;2015年
9 侯升林;寒地水稻株型性状遗传变异的研究[D];东北农业大学;2004年
10 康文启;分蘖角度动态型水稻的形态特征与生理生态效应研究[D];中国农业科学院;2007年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 记者 丁佳;科学家发现水稻株型建成分子机制[N];中国科学报;2017年
2 本报记者 甘晓;独脚金内酯:改良水稻株型“利器”[N];中国科学报;2016年
3 中科纳;OsIAA4参与生长素介导的水稻株型建成[N];农民日报;2013年
4 尚可;上海科学家发现控制水稻产量的两个重要基因[N];江苏科技报;2008年
5 杨金志;我国发现控制水稻高产关键基因[N];陕西科技报;2008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