水稻小粒矮秆基因SGD2的图位克隆与功能分析

发布时间：2021-05-21 23:45

　　株高是水稻的重要农艺性状,决定了水稻的抗倒伏能力、理想株型和产量。鉴定挖掘并有效利用矮秆新资源,深入研究调控引起水稻矮秆的分子机制,将有助于加快水稻高产育种进程,为分子设计育种改良水稻株型提供理论指导。本论文以水稻组培过程产生的小粒矮秆突变体small grain and dwarf 2（sgd2）为研究材料,对sgd2的表型进行了鉴定,通过图位克隆分离到一个影响水稻生长发育的关键因子SGD2,并对该基因进行了深入研究,揭示了引起sgd2生长发育缺陷的分子机制。全文结果如下:1.突变体sgd2与野生型Kitaake相比,在营养生长期就表现出明显的生长发育迟缓表型,种子萌发率低,幼苗矮小,根长变短,生长缓慢,抽穗拔节后,株高18.7 cm左右,各节间及穗部长度均缩短,分蘖数减少,结实率降至4%左右。sgd2的种子呈现出小圆粒表型,其粒长、粒宽均显著下降,千粒重只有18.2 g左右,与Kitaake的27.8 g相比,降低了34.5%左右。2.激光共聚焦显微镜观察发现,sgd2的茎尖顶端分生组织面积明显小于Kitaake,成熟植株最上节间细胞切面观察发现,sgd2的纵向细胞长度明显小于Ki... 

【文章来源】：中国农业科学院北京市

【文章页数】：100 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
英文缩略表
第一章 引言
    1.1 水稻株高的研究进展
        1.1.1 水稻株高的形成机理
        1.1.2 水稻株高的遗传机理
    1.2 水稻矮秆相关激素基因研究进展
        1.2.1 水稻赤霉素矮秆相关基因研究进展
        1.2.2 水稻赤霉素生物合成途径
        1.2.3 水稻赤霉素信号转导途径
        1.2.4 赤霉素与其它调节因子共同调控植物生长
        1.2.5 油菜素内酯参与调控水稻株高
        1.2.6 独脚金内酯参与调控水稻株高
    1.3 水稻粒型基因的研究进展
    1.4 HD-Zip类转录因子研究进展
        1.4.1 HD-Zip转录因子
        1.4.2 HD-Zip的分类及功能
        1.4.3 水稻中HD-Zip家族基因的研究进展
    1.5 本研究的目的和意义
第二章 水稻小粒矮秆突变体sgd2的表型鉴定与分析
    2.1 材料与方法
        2.1.1 研究材料与田间种植
        2.1.2 农艺性状考察
        2.1.3 最上节间细胞切面观察
        2.1.4 茎尖分生组织观察
        2.1.5 颖壳表皮扫描电镜观察
    2.2 结果分析
        2.2.1 小粒矮秆突变体sgd2的表型分析
        2.2.2 最上节间细胞学观察
        2.2.3 茎尖顶端分生组织观察
        2.2.4 颖壳表皮细胞学观察
    2.3 小结
第三章 水稻小粒矮秆基因SGD2的图位克隆
    3.1 材料与方法
        3.1.1 材料大田种植
        3.1.2 植物总DNA的提取
        3.1.3 分子标记设计
        3.1.4 候选基因预测及分析
        3.1.5 转基因互补载体的构建
        3.1.6 敲除载体的构建
        3.1.7 大肠杆菌介导的目的片段转化
        3.1.8 农杆菌的制备
    3.2 结果分析
        3.2.1 突变体sgd2的遗传分析
        3.2.2 突变基因SGD2的精细定位和候选基因的鉴定
        3.2.3 转基因功能验证
    3.3 小结
第四章 水稻SGD2基因的功能分析
    4.1 材料与方法
        4.1.1 植物RNA提取
        4.1.2 亚细胞定位实验
        4.1.3 GFP融合蛋白组织观察
        4.1.4 蛋白三级结构预测
        4.1.5 序列比对和进化树分析
        4.1.6 转录因子活性测定
        4.1.7 LUC/REN值即荧光素酶活性检测
        4.1.8 酵母文库筛选
        4.1.9 酵母双杂交实验
        4.1.10 酵母单杂交实验
        4.1.11 CRISPR-Cas9 构建定点突变体
        4.1.12 过表达转基因植株
        4.1.13 植物激素测定及处理实验
        4.1.14 第二片叶叶鞘长度测量
        4.1.15 GUS染色实验
    4.2 结果分析
        4.2.1 SGD2蛋白分析
        4.2.2 SGD2同源蛋白及进化树分析
        4.2.3 SGD2基因的组织表达分析
        4.2.4 SGD2蛋白的亚细胞定位
        4.2.5 SGD2转录因子活性检测
        4.2.6 sgd2突变体植物外源激素处理
        4.2.7 sgd2 突变体内源过表达GA20ox1 基因
        4.2.8 赤霉素含量测定及GA合成途径相关基因的表达
        4.2.9 SGD2与D18(GA3ox2)间的遗传关系
        4.2.10 SGD2的互作蛋白
    4.3 小结
第五章 全文总结
    5.1 sgd2为隐性小粒矮秆突变体
    5.2 sgd2的株高和粒型突变是由细胞长度变小引起的
    5.3 SGD2 是一个HD-Zip类转录因子
    5.4 SGD2 主要在未开花的幼穗中表达,SGD2 定位于细胞核
    5.5 SGD2是一个转录抑制子,不具有转录激活功能
    5.6 SGD2参与GA合成调控途径
    5.7 SGD2参与多个生物学进程,综合调控水稻生长发育
参考文献
附录
致谢
作者简历



本文编号：3200578