两个水稻花器官发育基因的图位克隆和分子机制研究

发布时间：2018-03-01 14:29

本文关键词： 水稻花器官 OsMADS34 DF1 功能分析　出处：《沈阳农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)作为单子叶模式植物是十分重要的粮食作物之一。花发育以及花器官特点将直接影响到水稻的籽粒,最终影响到产量,影响粮食安全。随着分子遗传学的发展,分子生物学研究手段的进步,以及鉴定的花器官突变体的增多,对于植物花器官的研究不断深入,花发育的特征变得愈来愈明晰。本研究报道了 2个经过诱变获得的水稻花器官突变体osmads34-t和df1(deformed flower1),通过对其表型特性、组织和细胞学观察、以及目的基因图位克隆等研究,分析了水稻花器官发育中的OsMADS34和DF1基因的表达和功能,主要成果如下:1.OsMADS34基因:(1)花器官表型:突变体osmods34-t的突变性状明显,其护颖增长,但雄蕊、柱头以及浆片等结构均未见明显异常。利用扫描电镜观察突变体osmads34-t的护颖表面,对比发现突变体护颖表面的突起结构和表皮毛数量都比野生型多。(2)籽粒变化:突变体osmads34-t一次枝梗的籽粒数显著减少,二次枝梗数变少,但一次枝梗数目有显著性的增加;突变体osmads34-t的二次枝梗籽粒(包括籽粒和糙米籽粒)千粒重都极显著低于野生型及自身的一次枝梗的;突变体osmads34-t的二次枝梗籽粒数目明显少于野生型籽粒,且粒长差异显著,粒宽方面没有达到显著水平。(3)OsMADS34基因的图位克隆:利用F2代的1326个隐性单株进行精细定位,该基因被定位到3号染色体引物RM5813和Y7之间的143 Kb范围,在该区段内,存在一个L(OC_Os03g54170基因编码一个MADS-box蛋白中的OsMADS34,突变体中四个碱基(GGAT)的缺失导致了编码框移位,翻译提前终止。(4)OsADS34基因表达及亚细胞定位:OsMADS34基因在水稻的各个部位均有一定量的表达,其中在营养器官的根、茎、叶、叶鞘中表达量相对较低,而在各个时期发育的幼穗、副护颖、护颖以及外稃等花器官中相的对表达量较高,且在幼穗中的表达量随着小穗的发育逐渐增加,在穗中GUS染色最深,相比于其它营养器官,茎中GUS报告基因的表达量也相对较高;亚细胞定位后发现OsMADS34基因可能是一类在细胞核内表达的转录因子。2.DF1基因:(1)花器官表型:突变体df1的颖壳闭合,不开花散粉,籽粒成熟时,一侧的内外稃之间出现了颖壳空隙,df1颖壳厚度增加,切片后观察是由于颖壳中细胞层数增加导致颖壳变厚;df1浆片略有伸长,表面粗糙且有些绿色组织形成;雄蕊和雌蕊没有数目和形态变化。(2)籽粒及产量:突变体df1的籽粒和糙米的籽粒大小、千粒重都有显著性的降低;结实率和花粉育性都受到了颖壳厚度及异常浆片的影响。(3)DF1基因的图位克隆:利用869株隐性单株将该基因定位到65kb区间,在区间内存在一个被报道过的编码DUF640蛋白的转录因子,测序后发现有一个T碱基的缺失,导致了基因的编码框移位,翻译进程被提前终止。(4)DF1基因的表达及亚细胞定位:DF1基因在节间、幼穗、外稃、内稃以及浆片中的表达量都比其他组织器官中高;DF1-GFP的绿色荧光集中在细胞核内,由此我们推测DF1基因作为转录因子编码了一个核内的蛋白。通过对OsMADS34和DF1基因的定位及功能分析,我们认为:水稻的护颖和外稃的同源性较高;水稻的内稃由内稃边缘区和内稃主体区结合而成;一些MADS-box基因或影响花器官的基因可能与籽粒大小有一定的调控关系。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S511

【参考文献】