一份水稻光滑叶突变体gl6的遗传分析与基因鉴定

发布时间：2020-06-21 08:53

【摘要】：光滑叶是指叶片和籽粒颖壳表面表皮毛缺失,植株周身光滑无毛的一类水稻。表皮毛形成植物表面的天然物理屏障,帮助植物抵御病虫害入侵,防止辐射损伤,降低水分散失,有利于植物应对各种生物和非生物胁迫。在水稻中已有两个表皮毛基因OsWOX3B和HL6被报道,但水稻表皮毛生长发育的调控机制尚未明确。本研究以籼稻保持系骨干亲本宜香1B为材料,经EMS诱变获得一份光滑叶突变体,命名为glabrous leaf 6(gl6)。通过基因定位与全基因组重测序,结合MutMAP分析方法分离到候选基因,gl6的克隆为解析水稻表皮毛生长发育提供了新的线索。具体研究结果如下:1、突变体gl6叶片表面无表皮毛着生,触摸手感光滑,无粗糙感。突变体gl6与野生型相比,各项农艺性状无显著差异,但突变体gl6千粒重明显降低,叶片泛黄且早衰,盐胁迫处理后叶尖干枯。2、遗传分析表明突变体gl6光滑叶性状受单个隐性核基因控制。利用gl6/日本晴F_2定位群体,将目的基因定位在分子标记InDel 2-8至InDel 2-9之间701kb范围内;利用gl6/宜香1B杂交F_2隐性单株重测序与MutMap分析,在定位区间内发现LOC_Os06g45630基因的CDS区第397个碱基上有一个SNP位点,其碱基改变由C突变为T,导致编码的脯氨酸突变为丝氨酸,将该基因作为候选基因。3、对激素含量进行测定发现突变体gl6的ABA含量显著高于野生型。测定POD和CAT的酶活性发现突变体gl6均低于野生型,但突变体gl6的SOD酶活性显著高于野生型;叶绿素含量测定结果为突变体gl6高于野生型。4、扫描电镜观察野生型和突变体gl6籽粒颖壳与叶片的表面,在野生型籽粒颖壳表面观察到长毛,在叶片上有尖锐的刺突状结构微毛;而突变体gl6的籽粒颖壳和叶片的表面平滑,表皮细胞整齐排布,没有长毛和刺突状结构微毛。5、表皮毛的形成与细胞的生长发育有关,通过石蜡切片观察叶片表皮细胞结构发现:野生型叶片表皮细胞数目减少,表皮细胞特化为凸起的表皮毛,而突变体gl6叶片细胞表面无凸起;突变体gl6叶绿体数目减少,叶片厚度减小。6、qRT-PCR分析发现gl6、OsWOX3B和HL6基因在突变体gl6中的表达量显著低于野生型;ABA相关合成代谢基因OsNCED5和OsABA8ox1在突变体gl6中的表达量显著高于野生型。7、通过构建互补载体,已获得互补转基因幼苗,由于苗期还不能进行有效的表型鉴定,待幼苗成熟后进行表型鉴定以确定gl6是调控表皮毛生长发育的基因。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511
【图文】：

表皮毛,分子模型,拟南芥

图 1 拟南芥表皮毛启动的分子模型[66]Fig 1. The molecular model of trichome initiation in Arabidopsis[66]MBW 转录激活复合物由 GL1-GL3-EGL3 构成，GL1、GL3 和 EGL3 不仅可聚体还可以分别形成GL1-GL3和GL3-EGL3二聚体，GL3作为连接GL1和梁，但两者结合 GL3 时存在竞争。MBW 启动 GL2 的表达，在 GL2 的作用株表皮毛的起始和形成[53]。与此同时 GL1-GL3-EGL3 组成的 MBW 复合物 TCL1、TCL2、TRY、CPC、ETC1、ETC2 和 ETC3 在内 R3 MYB 基因的转录因子可以进入邻近的细胞中与 GL1 竞争结合 GL3，使 MBW 失活，抑活复合物行使启动 GL2 的功能，从而抑制了表皮毛的发生[67](图 1)。利用酵母三杂交实验发现阻碍 GL1 与 GL3/EGL3 结合的 R3 MYB 因子(C1、TRY、ETC2 和 ETC3)能力不尽相同，CPC 阻碍 GL1-GL3 结合的能力最分别是 ETC1、TRY、ETC2 和 ETC3，随后又通过原生质体转染实验发现， GL3 的能力比 CPC 更强[68]。GL3 的主要作用是控制核内复制循环周期和细

表皮毛,周期蛋白,生长发育

图 2 细胞周期蛋白对表皮毛发育的影响[66]Fig 2. The cell cycle proteins influence trichome development[66]6 植物激素在植物生长发育中的作用6.1 CTK、JA、乙烯和 GA 对表皮毛生长发育的作用目前大量的研究表明激素不仅在植物的生长发育中发挥作用[80]，也对植物表形成起重要的调控作用，如细胞分裂素(CTK)、茉莉酸(JA)、乙烯(Ethylene)和(GA)。植物激素 SA 具有抑制表皮毛的数量和降低表皮毛密度的功能，而 JA 和表皮毛的生长发育中起促进作用，增加表皮毛的长度[81]。这些激素通过D-bHLH-MYB 复合体相关基因的表达调节表皮毛的生长发育，细胞分裂素和通过 C2H2 转录因子增加 GL1 的表达量，促进表皮毛的生长发育[65](图 3)。

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