转TsVP提高玉米低磷耐受性的研究及不同玉米基因型低磷响应microRNA的差异分析

发布时间：2021-12-24 00:31

　　磷是植物生长发育不可缺少的大量营养元素之一。然而土壤有效磷浓度很低,远不能满足植物获取充足磷营养的需求。玉米是重要的粮食、饲料和能源作物。土壤有效磷不足是限制玉米产量的重要因素。向土壤中大量施加磷肥能减少有效磷不足造成的产量损失,但是磷肥投入不仅大大增加生产成本,而且严重污染环境。因此深入研究玉米耐低磷机制,发展耐低磷玉米品种,增加玉米在低磷条件下的产量,地农业、经济和环境都有重要的意义。转TsVP提高玉米低磷耐受性的研究通过植物基因工程的手段将有价值的基因转入玉米是发展耐低磷玉米品种的重要途径。许多研究表明超表达氢离子焦磷酸酶（H+-PPase）基因能够在多种植物中促进植物根系生长发育并能提高植物的抗逆性。在高等植物中,根系是植物吸收矿质营养的主要器官,尤其磷素在土壤中的移动性很低,所以根系的生长发育和形态结构对捕获吸收土壤磷素和提高植物耐低磷能力尤为重要。因此为了探索H+-PPase能否提高玉米的耐低磷能力,本工作中我们选用玉米自交系DH4866以及其转盐芥H+-PPase基因（TsVP）玉米为实验材料,比较两者的耐低磷能力以及在低磷条件下的产量,以期得到耐低磷能力提高的转基因玉米... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
符号说明
第一部分 前言
    1.1 土壤磷资源现状
    1.2 磷对植物生长发育的作用
    1.3 植物低磷响应的生理生化机制
        1.3.1 磷动员和吸收能力的提高
            1.3.1.1 外泌有机酸和质子
            1.3.1.2 酸性磷酸酶合成增加
            1.3.1.3 磷吸收能力的提高
        1.3.2 植物体内磷分配的改变
        1.3.3 代谢反应的调整
        1.3.4 根系形态结构的变化
    1.4 植物低磷响应的分子机制
        1.4.1 植物磷吸收相关基因及调控
        1.4.2 植物体内磷分配相关基因及调控
        1.4.3 有机酸和酸性磷酸酶合成和分泌相关基因及调控
        1.4.4 植物根系形态结构的调控
        1.4.5 植物低磷反应的基因表达调控
        1.4.6 植物低磷信号转导机制研究进展
            1.4.6.1 以PHR1为中心的低磷信号转导途径
            1.4.6.2 与SPX结构域基因相关的低磷信号转导途径
            1.4.6.3 低磷信号转导途径与激素等信号途径的关系
    1.5 H~+-PPase及相关基因工程的研究进展
        1.5.1 液泡膜H~+-PPase的分子结构与功能
            1.5.1.1 H~+-PPase的分子结构
            1.5.1.2 H~+-PPase的主要功能
        1.5.2 H~+-PPase与植物抗逆的研究进展
    1.6 MicroRNA研究进展
        1.6.1 miRNA的生物合成
            1.6.1.1 miRNA的转录
            1.6.1.2 miRNA加工运输
            1.6.1.3 miRNA进入沉默复合体
        1.6.2 miRNA的作用方式
            1.6.2.1 miRNA对靶基因的剪切
            1.6.2.2 miRNA对靶基因的翻译抑制作用
        1.6.3 miRNA在植物体中的功能
            1.6.3.1 miRNA参与花器官发育
            1.6.3.2 miRNA参与叶片发育
            1.6.3.3 miRNA参与植物低磷响应过程
    1.7 本研究的目的及意义
第二部分 转TsVP提高玉米低磷耐受性的研究
    2.1 材料与方法
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 转基因玉米T2代纯合株系的分子生物学检测
            2.1.2.1 PCR检测
            2.1.2.2 半定量RT-PCR
            2.1.2.3 Southern杂交检测
        2.1.3 植物材料培养
        2.1.4 TsVP基因表达强度的检测
            2.1.4.1 RNA提取及反转录
            2.1.4.2 Real time PCR反应
        2.1.5 液泡膜H-PPase活性的测定
            2.1.5.1 液泡膜的分离
            2.1.5.2 液泡膜H-PPase活性测定
        2.1.6 植株生物量和磷含量的测定
        2.1.7 磷吸收动力学参数的测定
        2.1.8 根系形态参数的测定
        2.1.9 酸性磷酸酶活性测定
            2.1.9.1 细胞内酸性磷酸酶活性测定
            2.1.9.2 分泌型酸性磷酸酶活性测定
        2.1.10 根系有机酸分泌速率测定
        2.1.11 玉米根际pH值测定
        2.1.12 质膜ATPase活性检测
        2.1.13 可溶性糖测定
        2.1.14 IAA含量测定
        2.1.15 生长素运输相关基因表达测定
        2.1.16 土壤培养实验
        2.1.17 光合作用和叶绿素荧光参数测定
    2.2 结果与分析
        2.2.1 转TsVP玉米T2代纯合株系的分子生物学检测
        2.2.2 转基因玉米有较高的液泡膜H-PPase活性
        2.2.3 低磷胁迫对玉米生长的影响
        2.2.4 转基因玉米有较发达的根系系统
        2.2.5 转基因玉米有较高的磷吸收的速率
        2.2.6 转基因玉米积累较多的磷
        2.2.7 转基因玉米有较强的根际酸化能力
        2.2.8 玉米酸性磷酸酶分析
        2.2.9 玉米可溶性糖含量分析
        2.2.10 玉米生长素含量分析
        2.2.11 玉米生长素运输相关基因表达分析
        2.2.12 外源施加IAA和NPA对非转基因玉米和转基因玉米根系的影响
        2.2.13 玉米在低磷土壤中的生长发育状况
            2.2.13.1 长期低磷胁迫对玉米生长发育的影响
            2.2.13.2 低磷胁迫对玉米光合作用的影响
            2.2.13.3 低磷胁迫对玉米雌雄穗发育的影响
            2.2.13.4 低磷胁迫对玉米广量的影响
    2.3 讨论
第三部分 不同供磷水平下耐低磷玉米自交系99038和来源亲本Qi319microRNA的差异分析
    3.1 材料与方法
        3.1.1 植物材料和培养
        3.1.2 植株生物量、磷含量和根系形态参数的测定
        3.1.3 小RNA文库构建和测序
        3.1.4 测序数据分析和miRNA鉴定
        3.1.5 靶基因鉴定
        3.1.6 览定文库间差异表达的miRNA
        3.1.7 通过real-time PCR分析miRNA表达水平
            3.1.7.1 玉米small RNA提取
            3.1.7.2 Small RNA 反转录
            3.1.7.3 Real time PCR
        3.1.8 通过real-time PCR分析靶基因表达水平
    3.2 结果与分析
        3.2.1 低磷胁迫对Qi319和99038生长的影响
        3.2.2 玉米小RNA高通量测序数据分析
        3.2.3 玉米小RNA长度分布
        3.2.4 玉米小RNA分类
        3.2.5 玉米已知miRNA鉴定
        3.2.6 玉米novel miRNA鉴定
        3.2.7 玉米miRNA靶基因鉴定
        3.2.8 不同供磷水平下Qi319和99038间差异表达的miRNA
        3.2.9 玉米低磷响应miRNA
        3.2.10 通过real-time PCR确认miRNA农达水平
        3.2.11 miRNA及其靶基因表达模式分析
    3.3 讨论
第四部分 总结和展望
参考文献
附录3-1 本工作中鉴定到的玉米已知miRNA及表达量
附录3-2 本工作中鉴定到的玉米novel miRNA及表达量
附录3-3 玉米novel miRNA候选靶基因
致谢
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学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3549483