二穗短柄草BdFUL1和BdFUL2基因功能的初步分析

发布时间：2017-04-20 21:18

  本文关键词：二穗短柄草BdFUL1和BdFUL2基因功能的初步分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：禾本科植物水稻、玉米和小麦为世界的三大粮食作物,与我们的生活关系密切。合适的开花时间、正常的花发育是种子形成的基础,并会进一步影响粮食的产量和质量。短柄草,作为新型的禾本科模式植物,植株矮小,易于种植管理,花器官结构与小麦、水稻类似,而且其基因组也比较小,仅272 Mbp。因此,我们可以用二穗短柄草(Brachypodium distachyon)来研究禾本科中粮食作物的生物学问题。FUL(FRUITFULL)基因,为植物的MADS-box基因,参与调控植物的开花时间、花器官和种子的发育等,功能表现出不保守性。近几年来,对FUL基因功能的研究有了一定的进展,特别是在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa Linnaeus)中。本论文以二穗短柄草BdFUL1和BdFUL2基因为对象,初步分析了该基因的功能。在此基础上,又进一步构建了过表达载体和RNA干扰载体,并成功地将BdFUL2的过表达载体通过转基因技术转化到水稻植株中。本文的主要内容及结果如下:1.在本实验室窦艳华克隆分析到BdFUL1的两个可变剪接体BdFUL1-1和BdFUL1-2的基础上,又克隆到了BdFUL2基因,运用生物信息学的方法初步分析了BdFUL1和BdFUL2序列和蛋白结构,并构建了系统进化树。结果显示,BdFUL1与小麦的WFUL1和水稻的OsMADS14,BdFUL2与小麦的WFUL2和水稻的OsMADS15从属同一分支,有较近的亲缘关系,可能具有相似的功能。2.在本实验室窦艳华初步分析了BdFUL1-1和BdFUL1-2在不同组织中的表达模式基础上,又进一步分析了BdFUL1-1和BdFUL1-2在各轮花器官中的表达模式。对BdFUL2基因,分析了其在不同组织和各轮花器官中的表达模式。结果显示,与BdFUL1不同,BdFUL2在幼根中的表达量并不高,而在成熟茎和花中的表达与BdFUL1的两个可变剪接类似,都有比较高的表达量。在各轮花器官中的表达分析显示,BdFUL1的两个可变剪接BdFUL1-1和BdFUL1-2与BdFUL2类似,均在护颖、外稃中有较高表达,在内稃中也有一定量的表达,而在内轮的浆片、雄蕊、雌蕊中的表达则较少。3.本文分析了春化和未春化不同的处理条件下BdFUL1-1、BdFUL1-2和BdFUL2的表达量,以及高低温、旱、盐胁迫处理和激素处理条件下,BdFUL1-1和BdFUL1-2的表达量。春化和未春化处理分析结果显示,在经春化的抽穗后第一叶中,BdFUL1-1、BdFUL1-2和BdFUL2有高水平表达,且其表达量均高于春化和未春化处理条件下的其他叶和花。高低温、旱、盐胁迫处理和激素处理分析结果显示,高低温胁迫和激素ABA、6-BA、SA处理条件下,BdFUL1的两个可变拼接的表达量均有所上升,而且提前终止的BdFUL1-1,其表达量要明显高于完整的BdFUL1-2;旱胁迫PEG处理条件下,BdFUL1-1表达量下降。4.完成了BdFUL1和BdFUL2的3个过表达载体和4个RNA干扰载体的构建。并将BdFUL2的过表达载体通过转基因技术成功地转化到水稻植株,同时对转基因水稻植株进行了BdFUL2基因表达量的检测。结果显示,转基因水稻植株中检测到BdFUL2基因的表达。以上这些试验结果,生物信息学分析、表达模式分析、春化和未春化处理分析、高低温旱盐胁迫处理和激素处理分析显示,BdFUL1和BdFUL2基因,在开花前期,受低温春化作用的影响,在叶片中表达,诱导二穗短柄草开花,并在花器官发育中调控外轮花器官的发育。BdFUL1基因的两个可变剪接体BdFUL1-1和BdFUL1-2可能在非生物胁迫下产生,其功能与应答环境胁迫有关。即翻译不完整蛋白的BdFUL1-1的形成,可帮助二穗短柄草植株适应高低温胁迫和激素变化。过表达载体和RNA干扰载体的构建,BdFUL2的过表达载体在水稻中的成功转化,为进一步探究BdFUL1和BdFUL2基因调控植物开花时间和花器官以及种子发育等生物学功能奠定了基础。
【关键词】：二穗短柄草 水稻 花发育 FUL基因
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文献综述12-25
• 1.1 植物花的发育13-21
• 1.1.1 拟南芥、水稻、二穗短柄草和小麦花的结构13-15
• 1.1.2 开花的决定15-17
• 1.1.3 花的起始17-18
• 1.1.4 花器官的发育18-21
• 1.2 FUL基因研究进展21-24
• 1.2.1 MADS-box基因和植物MADS-box基因21-22
• 1.2.2 水稻和二穗短柄草中MADS-box基因22
• 1.2.3 FUL基因的研究进展22-24
• 1.3 本论文研究的目的及意义24-25
• 第二章 材料与方法25-32
• 2.1 材料25-26
• 2.1.1 植物材料25
• 2.1.2 菌株25
• 2.1.3 质粒载体25-26
• 2.1.4 试剂、药品与酶26
• 2.1.5 仪器26
• 2.2 实验方法26-32
• 2.2.1 生物信息学分析26
• 2.2.2 表达模式的分析26
• 2.2.3 未春化及胁迫处理分析26-27
• 2.2.4 基因的克隆及载体的构建27-29
• 2.2.5 水稻的转化29-32
• 第三章 结果与讨论32-47
• 3.1 结果与分析32-44
• 3.1.1 生物信息学分析32-34
• 3.1.2 表达特性的分析34-37
• 3.1.3 基因的克隆及载体的构建37-42
• 3.1.4 水稻的转化及转基因植株的鉴定42-44
• 3.2 讨论44-47
• 3.2.1 非生物胁迫诱导BdFUL1可变剪接的产生44-45
• 3.2.2 BdFUL1和BdFUL2基因的功能45-47
• 参考文献47-54
• 附录54-55
• 缩略词表55-56
• 致谢56-57
• 作者简介57

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本文编号：319531