一个新的水稻抽穗期基因ZM17的MutMap克隆及功能分析

发布时间：2020-08-26 13:39

【摘要】：水稻是重要的粮食作物,而水稻抽穗期对保证水稻的稳产、高产具有重要作用。虽然长日照植物拟南芥中的花期调控分子机制已基本探明,但短日照植物水稻中的成花机制仍然不是十分清楚,有待进一步挖掘。本研究通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对粳稻品种日本晴的晚抽穗突变体lvp1进行大规模诱变处理,经过筛选、鉴定,从诱变突变体库中获得了1份抽穗期突变体zm17。遗传分析表明该突变受一对隐性核基因控制,通过MutMap的方法克隆到zm17的突变基因ZM17,构建了ZM17单基因突变株系z17,调查了z17的抽穗期和主要农艺性状,并进行了抽穗期相关基因的表达量和转录组差异分析,得到了以下的实验结果:1、从水稻突变体库中筛选获得了1份抽穗期突变体zm17,通过MutMap克隆了ZM17基因,发现其定位于第8条染色体,是一个新的水稻抽穗基因,编码了一个具有MYB结构域的转录因子,进一步通过转基因互补、RNAi和CRISPR/Cas9等实验,证实了所克隆ZM17基因的正确性。2、表达模式分析发现,ZM17在叶中表达量最高,并且在营养生长阶段时,ZM17基因的表达量更高,但进入生殖生长阶段后,ZM17基因的表达量显著降低,暗示ZM17可能在水稻的成花转换之中起着重要作用。3、对转录组测序数据进行KEGG分析表明,ZM17显著影响了水稻生物钟途径;进一步检测持续光照条件下z17中生物钟基因节律表达情况,发现ZM17基因表达具有节律性,而且会显著影响生物钟基因OsLHY、OsPRR1、OsPRR37、OsPRR59、OsPRR73、OsPRR95、OsELF3、OsGI和OsCAB1R的节律表达,可能是生物钟途径的重要组成部分。4、在光照10 h和14 h条件下,对日本晴和突变体z17中抽穗期调查发现,相比对照日本晴,z17在10 h光照条件下抽穗期提前,而14 h光照条件下抽穗期推迟,进一步对相关基因节律表达情况分析发现,在10 h光照条件下,突变体z17中OsGI、Hd1、Ehd1、Hd3a、RFT1表达量升高,但在14h光照条件下,OsGI、Hd1表达量升高,但是Ehd1、Hd3a和RFT1表达量下降,暗示ZM17可能通过OsGI-Hd1-Ehd1-Hd3a/RFT1途径调控水稻抽穗。5、在光照10 h、11 h、12 h、13 h、14 h不同条件下调查突变体z17抽穗期发现,z17在10 h和11 h抽穗期提前,而12 h、13 h和14 h抽穗期推迟,进一步检测同时期光照2小时z17中抽穗期相关基因表达情况发现,当光照为11 h时,相较于日本晴,突变体z17中Ehd1、Hd3a和RFT1的表达量都明显上升了;而在光照为12 h、13 h、14 h时,相较于日本晴,突变体z17中Ehd1、Hd3a和RFT1的表达量都明显下降,暗示在光照11-12 h之间可能存在着一个ZM17角色反转光照临界点。
【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】：

整合途径,拟南芥,调控机制

图 1 拟南芥开花的整合途径Figure 1. Integration pathway of Arabidopsis flowering示促进基因表达，“ ”表示抑制基因表达，“ ”表示关dicates promotive expression, “ ” indicates repressive rice ex“ ” indicates key genes和自主途径都是通过抑制 FLC 的表达来影响开花的 FT，通过抑制 FT 和 SOC1 来延迟拟南芥开花[25]，最于茎尖，调控基因 LFY 和 AP1 影响花器官的形成，穗期的研究进展照植物拟南芥开花转换调控机制已经研究的比较透彻调控机制还需要进一步深入研究。目前，对于水稻抽

分布图,群体,分布图,隐性核基因

m17 的遗传分析 zm17 进行杂交，得到 F1群体，经调查发现 F1群体1 一致；F2群体中出现明显的抽穗期分离，每隔 2d 调F2群体中植株的抽穗期，并将所得数据做成抽穗期分标，F2群体中最早开始抽穗的时间为起点；以每次调标，分析抽穗期分布图（图 3）发现，F2群体的抽穗期）检验，发现早抽穗植株与晚抽穗植株分离比符合孟 zm17 的晚抽穗突变性状受 1 对隐性核基因控制，可以该基因暂命名为 ZM17。

散点图,全基因组,突变体,方法

突变株 DNA 混池中，造成突变性状的突变位点处 SNP 指数等于 1，即为纯合突变位点。根据遗传连锁关系，突变基因附近的 SNP 指数应该等于或接近 1，且会呈现连锁分布，即距离突变基因越远，SNP 指数会逐渐变小，距离突变基因越近，SNP 指数会逐渐变大。从 12 条染色体上的 SNP 指数散点图可以看出，只有第染色体近端粒端的 SNP 位点呈连续分布，而且呈现出明显的单峰分布（图 4）。因此，我们初步推测突变基因位于第 8 染色体短臂近端粒区域。参照高通量测序结果，最终将目标基因锁定在水稻第 8 染色体的短臂上端。

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