控制水稻维管束发育基因TWI1的图位克隆和功能研究

发布时间：2023-01-15 08:35

　　植物叶脉分布在叶肉组织中,对矿物质、水分和光合作用产物的运输及叶片的物理支撑起着重要的作用。水稻的叶脉为平行脉,分为中脉、大脉与小脉。小脉的密度（即单位叶宽的小脉数）对于光合作用产物的运输尤其重要,C4植物的小脉密度要比C3植物高,因此具有更快的光合产物转运速率。研究水稻小脉密度调控的分子机制不仅仅可以揭示维管束发生、发育等基础理论问题,更重要的是可以通过改造水稻小脉密度,甚至在水稻中创制类似C4植物叶片的解剖学结构,提高光合作用效率及光合产物转运速率,为C4水稻的创制打下坚实的基础。本论文以一份叶脉密度增加、维管束发育异常的类C4叶脉结构突变体为研究对象,通过图位克隆方法克隆控制该性状的基因TWI1,并对TWI1调控水稻叶脉发育的分子机理进行研究,主要结论如下:1、水稻野生型日本晴旗叶中部小脉密度为每2mm叶宽9个小脉,本研究从大容量T-DNA插入突变体库中筛选获得了一份旗叶中部小脉密度为每2mm叶宽14个小脉的突变体,由于叶片同时表现为卷曲,将其命名为twi1（twisted-leaf1）。该突变体叶片解剖学结构表现为叶脉增密、两个维管束之间的叶肉细胞数减少,维管束鞘细胞大而数目少... 

【文章页数】：98 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 C3植物和C4植物
        1.1.1 C4植物的光合途径
        1.1.2 C3植物的C4途径
        1.1.3 C3、C4植物的比较基因组与蛋白质组学
    1.2 C4水稻构建的理论基础
        1.2.1 C4途径的酶学反应及基因表达调控
        1.2.2 利用遗传操作创制C4植物
    1.3 植物叶脉结构研究进展
        1.3.1 C4植物叶片的结构特征
        1.3.2 C4途径的遗传学研究
        1.3.3 植物叶片结构研究进展
    1.4 本研究的目的和意义
        1.4.1 本研究的目的
        1.4.2 本研究的意义
第二章 材料与方法
    2.1 实验材料和试剂
        2.1.1 水稻材料
        2.1.2 载体和菌株
        2.1.3 实验试剂
        2.1.4 主要实验仪器
    2.2 实验方法
        2.2.1 突变体的筛选
        2.2.2 树脂切片方法
        2.2.3 测定水稻叶片光合效率
        2.2.4 叶绿素含量测定
        2.2.5 徒手切片及confocol染色观察方法
        2.2.6 载体构建
        2.2.7 农杆菌感受态制备
        2.2.8 电转农杆菌方法
        2.2.9 细菌培养基配方
        2.2.10 植物培养基配方
        2.2.11 质粒的大量提取
        2.2.12 TWI1蛋白的亚细胞定位
        2.2.13 RNA的提取
        2.2.14 cDNA合成
        2.2.15 实时荧光定量PCR
        2.2.16 转基因植株GUS表达活性检测
        2.2.17 酵母双杂交
        2.2.18 Westernblot
        2.2.19 双分子荧光互补实验
        2.2.20 Co-IP实验
        2.2.21 烟草2A自剪切系统实验
        2.2.22 拟南芥叶毛拯实验
        2.2.23 免疫组化实验方法
第三章 突变体筛选结果和分析
    3.1 突变体筛选概述
    3.2 叶脉突变体筛选结果
    3.3 解剖学结构筛选突变体结果
        3.3.1 共聚焦显微镜观察叶脉突变体的维管束结构
        3.3.2 获得了类似C4植物叶片解剖学结构的水稻突变体材料。
    3.4 讨论
        3.4.1 水稻突变体缺乏发育完整的维管束内束鞘。
        3.4.2 水稻突变体存在维管束鞘细胞延展和厚壁细胞数量变化
        3.4.3 水稻突变体维管束鞘存在大量叶绿体
第四章 twi1突变体研究结果与分析
    4.1 突变体twi1表型分析
    4.2 TWI1基因的图位克隆
    4.3 功能互补验证
    4.4 TWI1基因的表达模式分析
    4.5 TWI1亚细胞定位
    4.6 TWI1和KNOX家族蛋白相互作用
    4.7 BIFC和Co-IP验证TWI1和OSH15相互作用
    4.8 TWI1可以抑制OSH15在细胞间的自由穿梭
    4.9 小脉的发生和发育机制解析
    4.10 免疫组化检测OSH15蛋白分布
    4.11 twi1/osh15双突变体的创制及遗传学分析
    4.12 讨论
        4.12.1 TWI1通过影响细胞分化模式来影响叶片的形态建成
        4.12.2 TWI1通过抑制OSH15蛋白细胞间穿梭导致细胞分化以及木质化过程的异常
        4.12.3 TWI1蛋白抑制OSH15蛋白的细胞间穿梭
        4.12.4 TWI1基因潜在的应用价值
第五章 全文结论
    5.1 主要结论
    5.2 本论文创新点
    5.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻卷叶性状的研究进展及在育种中的应用[J]. 沈年伟,钱前,张光恒.  分子植物育种. 2009(05)
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[5]共转化法获得无筛选标记的转PEPC、PPDK基因水稻恢复系纯合体[J]. 袁定阳,段美娟,谭炎宁,易自力,袁隆平,辛世文.  杂交水稻. 2007(02)
[6]根癌农杆菌介导获得稗草Ecppc转基因小麦的研究[J]. 张彬,丁在松,张桂芳,石云鹭,王金明,方立锋,郭志江,赵明.  作物学报. 2007(03)
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[10]高光效基因植物表达载体的构建[J]. 罗素兰,陈如凯,潘大仁,林俊芳.  生物技术通报. 2003(04)

博士论文
[1]藻类光合作用和CCM关键酶分子定位与codA转基因烟草光合生理分析[D]. 何培民.南京农业大学 2000



本文编号：3730855