水稻窄卷叶基因NRL3的图位克隆及功能研究

发布时间：2020-06-16 11:11

【摘要】：水稻是一种为全球人口提供营养和能量的重要作物。近年来,全球对大米的需求迅速增加,但产量增长不到1%。因此,提高水稻产量是水稻育种的最终目标。适当的叶子形状可以提高植物光合作用效率并增加植物产量。但影响水稻叶片形态建成的分子调控机理仍然不清楚,需等待进一步的研究。在本研究中,我们通过图位克隆的手段,从超级稻品种中嘉早17经EMS诱变的突变体库中克隆到一个水稻窄卷叶基因NRL3,并对其进行了功能研究。主要研究及结果如下:(1)相比于与野生型,突变体表现为叶片宽度减小且叶片卷曲度大幅增加、粒长增加、但粒宽和穗长都有所减少、千粒重降低;组织学分析表明,突变体中大叶脉和小叶脉的数目减少,叶片远轴面的厚壁细胞发育存在缺陷;电镜扫描分析结果也进一步证实了突变体叶片远轴面的发育存在缺陷;叶绿素含量测定显示突变体中叶绿素a和叶绿素b的含量都高于野生型。(2)以突变体nrl3和热带粳稻品种D50杂交得到F_2群体,并对F_2群体进行分离比检测,结果表明正常叶片形态和窄卷叶的比例约为3:1,证明窄卷叶性状是由单隐形基因控制的。利用F_2代中的极端个体,运用SSR标记和Indel标记将目的基因定位于Chr3短臂末端的InDel标记Indel3和SSR标记RM2322之间221kb的区域内,对区间内的ORF进行测序分析发现LOC_Os03g19520的第8个外显子上发现了鸟嘌呤(G)与腺嘌呤(A)的单一替换,其导致蛋白编码的提前终止;进一步的转基因实验证明LOC_Os03g19520即为NRL3的目的基因。(3)qRT-PCR结果显示NRL3呈组成型表达且在叶鞘的表达量最高;亚细胞定位实验显示,NRL3蛋白定位于细胞质、细胞核和膜上;在野生型、nrl3和过表达株系中分别检测了与PCD、叶绿素合成、叶绿素降解以及叶发育相关基因的表达量。结果显示,在突变体中,PCD和叶绿素降解相关基因的表达量都显著下调,但在过表达株系中表达量都恢复或超过野生型水平;叶发育相关基因的表达量在突变体中都发生了一定程度的改变;这些结果说明,在突变体中PCD和叶绿素降解出现了异常。(4)酵母双杂(Y2H)和双分子荧光互补技术(BIFC)显示,NRL3与NAL9/VYL蛋白在膜上互作;且NRL3与NAL9/VYL及其亚基Clp3、Clp4、Clp5和ClpT形成复合体去调控叶片的形态及叶绿素的积累。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【参考文献】