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青狐尾草突变体的筛选与鉴定及转录组分析

王思思  
【摘要】:改造C3作物如水稻的光合途径创造新的C4作物(水稻),可大大提高作物的光能利用效率,为超高产作物新品种培育奠定基础,因而该研究目前成为国际研究热点。 本研究采用一种新的C4光合遗传研究材料青狐尾草(Setaria viridis),该植株具备为理想模式植物所需要的特征:基因组小(510Mbp)、植株矮小(10-15厘米)、生长条件简单、生长周期为6-9周、结种较多等。与其他C4作物如玉米、高粱相比,青狐尾草由于植株矮小以及生长周期短等优势,可以进行大规模的突变体筛选。本研究通过EMS和γ射线诱变野生型植株获得8000份M1代种子,并在田间进行了M2代突变体筛选,通过观察株型、叶色、叶脉、叶形及穗等性状,筛选C4缺陷型突变体。共得到206株突变体,其中EMS诱变的158株,γ射线诱变的48株包括了叶卷曲、叶缺刻、矮小、叶脉变化及穗异常等多种突变表型。另外,青狐尾草具有典型的花环结构,其叶脉间距大大短于C3植物,因此以叶脉间距作为筛选指标,寻找C4结构发育相关的突变体。通过手持显微镜观察叶脉数目,发现了75个叶脉数目减少的突变体。筛选到的突变体将进一步分析其花环结构分化与发育表型。同时,利用低CO_2筛选C4缺陷型突变体。青狐尾草的CO_2补偿点只有约5PPM,将经过EMS诱变的M2代青狐尾草放到低CO_2条件(100PPM)下生长,筛选出矮小或者缺绿的突变体,再放入高CO_2生长室中生长,这些突变体就是C4途径丧失的突变株系。目前已经完成了经EMS诱变的3000份M2代种子的筛选,获得了一些极有价值的C4相关突变体,如低CO_2条件下叶片白化、正常条件下转绿等。接下来将会分析其C4特征(如叶脉间距、kranz结构、δ13C同位素比例)的变化。 青狐尾草是新型的研究C4光合作用的模式植物,支撑这个物种分子生物学相关研究的许多基本资源需要被建立。本研究对多个发育阶段的青狐尾草的多处组织运用了新一代测序技术进行了全面的转录组成分分析。转录组测序得到7100万100bp长的短序列。参考青狐尾草近邻谷子(Setaria italica)的基因组,对短序列进行拼接,共得到42,754个转录本。不使用参考基因组的序列拼接共得到60,751个转录本。鉴于这两种序列拼接的方法,分别鉴别出9,576和7,056个可能的简单重复序列,这些研究结果将有助于将来青狐尾草的正反向遗传学研究。


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