水稻OsGPRP基因的敲除及其生物学功能

发布时间：2020-03-22 04:03

【摘要】：富含脯氨酸和甘氨酸蛋白基因(GPRPs)广泛地存于各种植物中。很多研究结果表明,GPRPs在植物的生长发育和逆境适应可能扮演着重要的角色。但是,此类基因在水稻中的相关研究尚未见报道。本研究利用生物信息学的手段,对水稻OsGPRPs启动子顺式作用元件及其组织表达特性进行了分析;获得了OsGPRP敲除和RNAi转基因植株,分析了敲除后代的突变类型;并对转基因纯合突变体进行了表型鉴定。主要结果如下:1.在Os GPRP1,2,3共发现了8个与非生物胁迫相关的元件,7个与激素相关的元件和4个其他元件。各种类型元件的数量和种类在不同基因之间均有一定的差异。OsGPRP2和OsGPRP3都含有丰富的胚乳表达调控元件。2.3个OsGPRPs在水稻不同组织部位中的表达存在差异。OsGPRP1在各组织部位均有表达,为组成型表达模式;OsGPRP2的表达量在授粉后3天的种子中特异表达;OsGPRP3在开花后的10天种子中表达量最高。3.OsGPRP3单基因突变转基因材料已获得T_1代纯合植株。其中单碱基A插入型13株,单碱基T插入型18株,大片段103bp缺失型4株,两碱基缺失型3株,单碱基缺失型1株。所有转基因材料均已在加代繁殖中。构建了水稻OsGPRPs-CRISPR三基因敲除载体,转化中花11,获得了60株T_0代转基因阳性植株。其中OsGPRP1,2,3三基因突变转基因植株4株,OsGPRP1,3两基因突变转基因植株2株,OsGPRP2,3两基因突变转基因植株6株,OsGPRP3单基因突变转基因植株2株。4.测量及比较OsGPRP3单基因敲除纯合突变体和野生型的穗长与千粒重,结果发现,突变体的穗长和千粒重与野生型没有明显的差异。种子萌发实验结果显示:突变体相对于野生型,其萌发率显著降低14%-40%。OsGPRP3在植物的生长发育过程中发挥着作用。5.对三叶期的OsGPRP3单基因敲除纯合突变体和野生型干旱处理7天,发现突变体的枯萎程度较野生型更为严重;对其进行恢复处理,突变体的成活率较野生型降低了36%-74%,具有显著差异,表明OsGPRP3在水稻应对干旱胁迫过程中,可能发挥着重要的作用。6.获得了OsGPRP1-RNAi阳性植株55株,表达显著下调的共54株;OsGPRP2-RNAi阳性植株23株,表达显著下调的共7株;OsGPRP3-RNAi阳性植株15株,表达显著下调的共5株。为后续研究提供了相关的重要实验材料。本研究初步表明OsGPRPs在干旱胁迫过程中具有重要的作用。同时获得的OsGPRP3单基因敲除植株,两基因敲除植株,三基因敲除植株和RNAi植株,为进一步研究OsGPRPs在水稻非生物胁迫中的功能,提供了良好的遗传材料。
【图文】：

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图 2.1 OsGPRP 家族基因的 CRISPR/Cas9 靶点示意图Figure2.1 Sites within a non-conserved region of the first exon of OsGPRP targeted by theCRISPR-Cas9 system注：左边和右边白色方框代表 5'和 3'端非编码区；黑色方框代表 CDS 序列；实线代表内含子；虚线代表敲除靶点处

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OsGPRP2 和 OsGPRP3 在种子中的表达量最高，说明它们在种子发育过程中发挥着重要的作用。图3.1 水稻不同组织的总RNA凝胶电泳检测Figure 3.1 The gel electrophoretogram detection for RNA in various rice tissues
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2;S511

【参考文献】