甘蓝型油菜矮杆性状调控基因ED1的精细定位

发布时间：2020-09-14 09:16

　　油菜是一种经济效益高,发展潜力较大的油料作物。油菜植株高大,容易倒伏,导致收获指数降低,产量不佳。同时,高杆油菜不适合机械化收割,使得油菜种植成本升高。因此,合理降低株高是提高油菜产量和实现机械化收割的重要途径。矮杆基因能有效的降低株高,在水稻和小麦中,半矮杆基因的应用大幅度提高了其产量。油菜矮杆突变体资源的不足,造成油菜株高机理研究滞后。因此,筛选新的油菜矮杆资源,克隆株高调控基因,阐明其调控机理对于培育合适株高的油菜新品种具有重要意义。本研究中甘蓝型油菜矮杆突变体ed1(extremely dwarf 1)来源于自然突变,表现为极度矮化。本研究对突变体ed1的表型和农艺性状进行了考察,并对其进行了激素处理实验。我们结合组织切片观察解析了突变体矮化的原因。同时,我们也对ed1进行了遗传分析,通过构建遗传分离群体,结合分子标记进行基因的精细定位,结果如下:(1)正常高杆材料N370的成熟期株高为177cm左右,突变体ed1的株高为23cm左右,ed1的株高为N370的13.7%。与N370相比,ed1的叶片颜色变深、皱缩且卷曲;分枝高度下降,一次分枝数减少,无二次分枝;单株角果数大幅度减少,角果变短。ed1×N370的杂交后代F_1的株高为64cm左右,低于亲本中间值。F_1的叶片面积、卷曲程度、根长、分枝高度和分枝数等都位于亲本之间。(2)茎杆和叶片组织的切片显示:ed1茎杆组织的中柱细胞排列不整齐,中柱和薄壁细胞的纵向长度变短、细胞面积变小;ed1的叶脉直径、维管束细胞和叶肉细胞均变小。上述结果表明:细胞变小是造成ed1茎杆缩短,植株矮化,叶片面积小于N370的原因。(3)对ed1和N370喷洒外源IAA和BR,结果显示ed1的表型并没有明显变化,而N370的叶片面积增大。因此,我们认为ed1中IAA和BR的合成途径没有缺陷。内源激素含量测定结果表明:在ed1和N370中,BR的含量无明显差异,而ed1中IAA的含量为N370的两倍。我们用不同浓度的IAA对ed1和N370进行处理,测量下胚轴的长度。结果表明N370对IAA有响应,随着IAA处理浓度的升高,N370的下胚轴逐渐变短,而ed1的下胚轴长度没有明显变化。因此,我们认为ed1是一个对IAA不敏感的矮化突变体,矮化性状可能与IAA的信号途径有关。(4)遗传分析结果显示:ed1的叶片皱缩性状与矮化性状连锁,矮化性状属于显性遗传,由单基因控制。本研究配制ed1×Y96组合构建定位群体,通过750个高杆单株结合InDel和SNP标记将目的基因定位在C05染色体的350kb区域内,该区域含有14个ORF。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S565.4
【部分图文】：

信号转导途径,贝壳杉烯

图 1.1 IAA 的信号转导途径（Guilfoyle 和 Hagen，2012）Fig1.1 The signal transduction pathway of IAA（Guilfoyle and Hagen, 2012）GA）属于双萜类化合物，目前已经在多个物种中发现近百种天然赤霉素一种植物激素，参与调控植物各器官的形成（Eriksson et al., 2006;王洪梅11）。GA 通过促进茎的伸长，使植株高度增加。当 GA 合成或者信号转导会出现矮化、多分蘖等表型。GA 主要在高等植物的幼嫩组织和正在发育的尖端、种子以及幼嫩的果实中。根据 GA 合成过程中催化反应发生的位径分为3个阶段：第1阶段发生在质体中：古巴焦磷酸合成酶（Ent-copalyl d）和内根-贝壳杉烯合成酶（Ent-kaurene synthase，KS）催化r{牛儿r{牛ranyl diphosphate，GGDP）生成内根-贝壳杉烯（Entkaurene）；第 2 阶段-贝壳杉烯氧化酶（Ent-kaureneoxidase，KO）催化内根-贝壳杉烯 C-19 的式的内根-贝壳杉，其中内根-贝壳杉烯酸（Ent-kaurenoic acid，KA）在内Ent-kaurenoicacid oxidase，KAO）的一系列催化作用下生成 GA12-醛和 G胞质基质中：三种双加氧酶（GA20氧化酶、GA3氧化酶和 GA2氧化酶）

途径,转导,水稻,蛋白结合

图 1.2 GA 的合成途径（Yamaguchi 等，2008）Fig1.2 The synthesize pathway of GA（Yamaguchi et al., 2008）芥、水稻的 GA 不敏感突变体进行研究，参与 GA 信号转导途径的基途径由受体 GID1 蛋白、抑制信号转导的 DELLA 蛋白和解除 DELLA成。具有活性的 GA 与细胞膜上的 GID1 蛋白结合，改变了 GID1 蛋跨膜转导。然后，该复合体与 DELLA 蛋白结合，水解 DELLA 蛋白。最后，相应的转录因子与目的基因结合，促进或抑制其转录（Davière。水稻中编码 GID1 蛋白的基因发生突变，使得 GA 信号无法顺利转导外源 GA，突变体的株高没有明显变化（Ueguchitanaka et al., 2005; U南芥中存在三个水稻 GID1 的同源基因：AtGID1a、AtGID1b、AtGID部分重叠。研究发现 AtGID1a、AtGID1b、AtGID1c 参与拟南芥不同ID1a、AtGID1c 作为受体，影响植物茎杆的生长（Nakajima et al., 2主要转导元件相继被发现，但是这些转导元件的作用机制还有待研究

信号转导途径,拟南芥,甾醇,氧化途径

图 1.3 拟南芥中 GA 的信号转导途径（Sun 等，2010）Fig1.3 The signal transduction pathway of GA in Arabidopsis（Sun et al., 2010）酯tchell 等人从油菜花粉提取物中发现一种物质能促进植物生长，尤其是，研究者将该物质命名为油菜素内酯（brassinosteroid，BR）（Mitchell e碳环类骨架和侧链组成。目前研究者已经获得 70 多种 BR，这些 B侧链取代基上存在差异（Mitchell et al., 1970; Bajguz and Tretyn, 200发育、器官的生长以及黑暗条件下植物形态的建成，其中 BR 最为显长，增加株高（Khripach et al., 2000; Choe, 2006）。 BR 有三条合成途径：C-22 氧化途径（Fujioka and Yokota, 2003）、C途径/晚期 C-6 氧化途径（Sakurai and Fujioka, 1997），不同氧化途径imada et al., 2001）。BR 的合成分为 3 个阶段：第 1 阶段：由甲羟戊甾醇：甲羟戊酸（mevalonicacid，MA）经过多种酶的催化生成表甾醇（5-dehydroepisterol）催化表甾醇生成 2，4-亚甲基胆固醇（2，4-methylen醇再经过还原酶的催化生成油菜甾醇（campesterol，CR）。第 2 阶段

【参考文献】