水稻斑点叶基因SPL40的图位克隆及功能鉴定

发布时间：2020-04-23 19:20

【摘要】：斑点叶突变体是在没有任何病原体攻击的情况下能够自发出现典型坏死病斑的一类突变体。这些突变体通常伴随着程序性细胞死亡(PCD)以及植物的防御反应的激活,从而增强植株对多种病原体的抗病性。我们的研究发现spl40属于一个新的斑点叶突变体,该突变体由水稻籼稻品种中鉴100经EMS诱变而来。我们对该突变体进行了表型鉴定、农艺性状考察、生理生化分析、抗性鉴定、遗传分析与基因定位、功能互补验证与亚细胞定位。研究结果表明该突变体生理生化指标发生改变,抗病性增强,具体结论如下所示:1.spl40斑点叶突变体苗期叶尖开始出现斑点,随着植株的生长在分蘖期时斑点逐渐覆盖了整个叶片,并且在斑点以及斑点的周围有明显的细胞死亡,实验表明突变体叶片活性氧(ROS)清除系统的紊乱致使活性氧爆发。叶绿素含量的降低、重要的光合作用参数的显著变化和光合作用相关基因表达下调使得植株的光合能力受损,最终导致相关农艺性状表现不佳。2.本研究对spl40斑点叶突变体接种了16个白叶枯病菌小种,其中有14个品种的白叶枯病病菌(稻黄单胞菌)表现出抗性增强,最有可能是SA和JA信号基因的上调表达,激活了SA和JA信号通路,但其确切机制尚待阐明。本研究的结果表明,与防御和PCD相关的基因表达上调与spl40突变体的抗病性增强和PCD的发生是相一致的,而spl40的光合能力和ROS动态平衡受到损害。3.斑点叶的表型是由一个新的单隐性核基因控制。基因定位结合高通量测序分析表明Os05G0312000是最可能的候选基因,ORF开放阅读框测序显示,单碱基从C到T的单核苷酸改变导致了氨基酸残基从亮氨酸转变成苯丙氨酸。利用野生型中鉴100的等位基因进行的功能互补研究表明,植物生长后期的互补植株发生了类似的斑点表型。4.此外,突变体植株spl40~(NIP)的同一基因具有不同的突变,但表现出不同于spl40的斑点形状的表型。spl40突变体基因Os05G0312000与拟南芥突变体reduced epidermal fluorescence 4(ref4)基因AT2G48110基因是的直系同源基因,AT2G48110最初也被认为是隐性的,但突变体ref4的杂合植株的株高为中等高度和苯丙醇相关表型,表明这些突变是半显性的。我们认为表型是剂量依赖性的,由于表型多样,基因座可能具有复杂的生物学功能,可能与基因型有关,为了进一步阐明这个机理,我们将突变体spl40的等位基因转基因到野生型背景进行互补实验,并且spl40和spl40~(NIP)进行杂交实验同时进行验证。5.亚细胞定位研究表明SPL40定位于细胞质。SPL40在植物的大部分组织和不同的生长阶段均有表达。综上所述,我们的数据表明,spl40是一个新的斑点叶突变体,对spl40斑点发生的研究有助于阐明植物程序性细胞死亡和相关的防御反应变化的机理。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511

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本文编号：2638060