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短柄草AGL6基因在水稻中的过量表达

刘楠  
【摘要】:小麦、水稻和玉米被称为三大粮食作物,它们与人类的日常生活息息相关。花器官的发育直接影响种子的形成,进而能够对农作物的产量进行调控。短柄草(Brachypodium)是新型的模式植物,它具有植株矮小、易于繁殖等优良特性,更为重要的是它基因组比较小——拥有禾草类作物中最小的基因组,基于以上这些特点,近年来越来越多的生物学家把短柄草作为研究禾本科的理想植物。AGL6基因家族在植物体内广泛存在,对花器官发育具有重要的调控作用。本论文通过对短柄草中AGL6基因的研究,利用植物转基因技术将短柄草AGL6基因转移到水稻中,并观察水稻花器官的生长发育变化,推断出短柄草AGL6基因对水稻的发育影响,进而对AGL6基因家族的生物学功能进行更广泛更深入的研究,而且能够将短柄草与水稻、小麦有效的联系起来,为农作物产量的提高提供了全新的视角。本论文的研究成果如下:1、二穗短柄草Bd AGL6基因具有三个转录本,该基因在转录过程中发生了可变剪接;2、Bd AGL6基因在各器官表达水平出现很大差异,但主要是在花中高水平表达,由此可以推断该基因对花发育具有重要的调控作用;3、Bd AGL6基因的3个转录本在花中表达水平相异,其中Bd AGL6-3的在各轮花器官中的表达量都明显高于其它两个转录本。这暗示了Bd AGL6-3(缺失了21个碱基)在花发育过程中可能发挥着主要的调控作用,但其具体的分子机制与调控网络还不是很清楚;4、对Bd AGL6基因的三个转录本进行过表达载体构建,并利用植物转基因技术将三个基因转移到野生型水稻体内,得到的转基因水稻植株分别命名为BDO1、BDO3(其中Bd AGL6-2的过表达载体转移到水稻中,导致愈伤组织具有死亡现象,其致死的具体原因还不是很清楚)。观察转基因植株的生长过程可以发现:BDO3转基因植株具有早花现象,而BDO1转基因植株开花时间与野生型水稻相近;5、通过观察两种转基因植株的花器官表型可知,BDO1与BDO3转基因植株的花器官表型正常,与野生型花器官构造并无明显差异。综上所述,本研究主要以水稻为载体,借助植物转基因技术,正向研究二穗短柄草Bd AGL6基因的功能。克隆短柄草中的Bd AGL6基因,并且发现该基因具有三个转录本,在转录过程中能够发生可变剪接。通过表达模式分析得出,Bd AGL6基因是在花中特异性表达的,但它的三个转录本在各轮花器官中的表达强度具有很大差异,其中Bd AGL6-3(缺失了21个碱基)的表达量要远远高于其它两个转录本。而且这三个转录本行使着不同的生物学功能,Bd AGL6-1转录本使转基因植株正常发育,与野生型水稻的生长发育过程相似;Bd AGL6-2转录本使愈伤致死,导致转基因过程不能正常进行;而Bd AGL6-3转录本能够促进转基因植株提前进入生殖生长阶段,具有早花功能。但这三个转录本具体的分子作用机理还不是很清楚,需要我们深入研究。本论文以短柄草为桥梁,将水稻、小麦等有效的联系起来,使我们更为系统的了解AGL6基因在植物花发育过程中的调控机制,为AGL6基因在植物花器官形态建成过程中的作用机理提供了全新视角,同时为提高禾本科粮食作物的产量奠定了一定的理论基础,具有一定的实践意义与指导意义。


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