水稻碳氮代谢相关基因OsCNM1的图位克隆和功能研究

发布时间：2023-02-08 07:51

　　水稻是我国主要的粮食作物之一,其产量和品质越来越受到人们的关注。本研究从中嘉早17(YK17)经EMS诱变得到的突变体库中筛选到1个稳定遗传的碳氮代谢缺陷突变体cnm1。对该突变体深入研究发现,突变体cnm1的碳氮代谢存在缺陷,不仅导致产量降低,还会影响稻米品质。主要研究结果如下:1、突变体cnm1的株高、分蘖数、穗粒数和单株产量极显著降低;根系发育不良;灌浆速率极显著降低;成熟期有明显的贪青现象,剑叶的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量极显著升高。成熟种子的粒型发生改变,粒长、粒宽和千粒重极显著降低,并伴有垩白现象。胚乳中总淀粉、直链淀粉和总蛋白的含量降低,可溶性糖的含量升高。胚乳淀粉糊化温度极显著升高,黏度和糊化特性有明显变化。复合淀粉颗粒在发育过程中出现异常,呈开裂状态,且颗粒排列较为松散,颗粒间有较大的空隙。2、不同氮水平条件下,突变体cnm1水培幼苗的株高、干重和根冠比均低于相同处理的野生型,氮含量均高于相同处理的野生型。不同氮水平条件下,突变体cnm1盆栽植株的分蘖数、结实率、每穗粒数、单株产量、各组织的干重、总干重和氮积累量大多低于相同条件下的野生型,各组织的氮含量大多高...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
    1.1 水稻的碳代谢
        1.1.1 水稻的光合作用
        1.1.2 水稻淀粉的生物合成
    1.2 水稻的氮代谢
        1.2.1 氮的吸收与转运
        1.2.2 氮的同化
    1.3 碳氮代谢的相互关系
    1.4 丙氨酸转氨酶的研究近况
    1.5 本研究的目的与意义
第二章 水稻突变体cnm1的表型鉴定
    2.1 实验材料
    2.2 实验方法
        2.2.1 水稻农艺性状和粒型的考察
        2.2.2 水稻叶片叶绿素含量的测定
        2.2.3 水稻灌浆速率的测定
        2.2.4 分蘖期和抽穗期根部的扫描与分析
        2.2.5 氮浓度梯度水培实验
        2.2.6 氮肥梯度盆栽实验
        2.2.7 水稻氮含量的测定
        2.2.8 扫描电镜观察成熟种子断面
        2.2.9 透射电镜观察胚乳造粉体发育
        2.2.10 胚乳半薄切片的制备与观察
        2.2.11 种子总淀粉含量的测定
        2.2.12 种子直链淀粉含量的测定
        2.2.13 种子总蛋白含量的测定
        2.2.14 种子可溶性糖含量的测定
        2.2.15 RVA谱测定
        2.2.16 糊化温度的测定
        2.2.17 米粉糊化特性实验
    2.3 结果与分析
        2.3.1 突变体cnm1的重要农艺性状发生改变
        2.3.2 突变体cnm1的灌浆速率降低,籽粒变小并出现垩白表型
        2.3.3 突变体cnm1苗期出现氮代谢缺陷表型
        2.3.4 突变体cnm1盆栽的产量性状和氮素利用率降低
        2.3.5 突变体cnm1胚乳中复合淀粉颗粒发育异常
        2.3.6 突变体cnm1的稻米品质和胚乳淀粉的理化性质发生改变
    2.4 小结
        2.4.1 突变体cnm1的氮代谢异常
        2.4.2 突变体cnm1的碳代谢异常
        2.4.3 突变体cnm1的品质性状和胚乳淀粉理化性质发生变化
第三章 OsCNM1的图位克隆和功能分析
    3.1 实验材料
    3.2 实验方法
        3.2.1 叶片DNA的提取
        3.2.2 PCR扩增与PAGE凝胶电泳
        3.2.3 分子标记开发与基因定位
        3.2.4 候选基因的预测与测序
        3.2.5 敲除载体的构建及大肠杆菌的转化
        3.2.6 氨基酸序列比对与进化树构建
        3.2.7 水稻不同组织总RNA的提取、消化与反转录
        3.2.8 Real-Time PCR
        3.2.9 大提质粒
        3.2.10 原生质体的提取与转化
        3.2.11 亚细胞定位
        3.2.12 成熟种子中氨基酸含量的测定
        3.2.13 叶片及胚乳中丙酮酸含量的测定
        3.2.14 水培幼苗根部α-酮戊二酸含量的测定
        3.2.15 丙氨酸转氨酶(Ala AT/ALT)酶活的测定
        3.2.16 谷氨酸合成酶(GOGAT)酶活的测定
    3.3 结果与分析
        3.3.1 OsCNM1是影响水稻碳氮代谢的目的基因
        3.3.2 OsCNM1在水稻胚乳中高表达,编码的蛋白质定位在细胞质中
        3.3.3 OsCNM1编码水稻丙氨酸氨基转移酶
        3.3.4 丙氨酸转氨酶酶活的降低影响了氨基酸的合成
        3.3.5 突变体cnm1的碳代谢相关基因表达紊乱,使丙酮酸在组织中积累
        3.3.6 α-酮戊二酸的积累提高了GOGAT的酶活和氮代谢基因的表达水平
    3.4 小结
        3.4.1 OsCNM1是影响水稻碳氮代谢的基因
        3.4.2 OsCNM1为组成性表达,其编码的丙氨酸转氨酶定位在细胞质
        3.4.3 丙氨酸转氨酶酶活的降低会影响氨基酸的合成
        3.4.4 碳代谢相关基因表达紊乱导致丙酮酸在组织中积累
        3.4.5 α-酮戊二酸的积累提高了植株同化吸收氮素的能力
第四章 全文结论与讨论
参考文献
附录A
附录B
附录C
附录D
附录E
附录F
附录G
附录H
附录I
附录J
致谢
作者简历



本文编号：3737611