水稻高温高光敏感突变体ls1的筛选及基因功能研究

发布时间：2020-07-03 12:00

【摘要】：随着全球气候环境的变化,高温和高光胁迫变得越来越频繁和严重,影响作物的生长进而造成大面积减产。高光常常伴随着高温,而高温或高光胁迫均会造成植物体内ROS的过量积累。这些ROS如果得不到及时的清除,就会造成严重的氧化胁迫,对脂质、蛋白质和DNA造成损伤。目前,大多数报道只是单独的研究高温或高光对水稻的影响,但田间实际面对的通常都是高温、高光相互伴随产生的胁迫,而水稻对高温和高光共同胁迫下的响应机制还鲜有报道。本研究通过高温高光胁迫条件筛选水稻日本晴突变体库得到一个对高温高光敏感的突变体local lesions 1(ls1),利用图位克隆的方法我们克隆了目的基因LS1,该基因编码一个核糖核酸酶H2大亚基A(RNase H2A)。LS1基因突变后导致水稻基因组不稳定性增加,促使高温高光下突变体ls1中ROS的过量积累,并最终产生了叶片局部损伤的表型。本文主要研究结果如下:1.突变体ls1的叶片在温和条件N22(Normal light)下表型与野生型类似,但在转入高温高光H32(High light)条件后表现出明显的叶片局部损伤的表型。外界高温高光条件越剧烈,突变体的表型越明显,叶片中损伤面积相应增大。单一的温度或者光照变化处理无法诱导突变体表型的产生。2.H32条件下ls1突变体叶片损伤部位的叶绿素含量、叶片宽度和相对含水量均较野生型叶片有显著的降低,泡状细胞和表皮细胞发生明显的萎缩。H32条件下突变体ls1损伤部位叶表面皱缩,气孔严重扭曲,叶绿体内部结构发生改变并且大部分叶绿体发生降解。3.遗传分析表明,ls1突变体表型是受一对隐性单基因控制。本研究利用ls1突变体与籼稻品种TN1进行杂交获得F_2群体。通过图位克隆将目的基因定位于第11号染色体上。测序发现LOC_Os11g05570基因的第三个外显子处发生了一个单碱基替换(C突变为T),并由此导致了丙氨酸(Ala)变为缬氨酸(Val)。将日本晴正常的gDNA序列转化突变体,表型观察及分子鉴定证实LOC_Os11g05570确实为目的基因LS1。生物信息学分析表明,LS1编码一个核糖核酸酶H2大亚基A(RNase H2A),参与DNA复制和修复等过程。4.模式表达分析表明,目的基因LS1主要是在叶片中表达。H32条件下,LS1的转录水平在突变体ls1中较野生型中有显著地降低;而在N22条件下两者的LS1转录水平没有明显差异。LS1蛋白水平表现情况与转录水平相似。亚细胞定位显示LS1蛋白在细胞核中发挥生物学作用。5.H32条件下,TUNEL及彗星实验结果表明突变体ls1较野生型具有较高水平的DNA损伤,并且造成了过量的ROS积累;而在N22条件下,突变体ls1与野生型间DNA损伤水平及ROS含量无显著差异。外施还原剂抗坏血酸(AsA)和二甲基硫脲(DMTU)可以显著缓解突变体在高温高光条件下叶片局部损伤的表型。6.通过qRT-PCR分析发现,H32条件下突变体ls1中大部分叶绿素降解、衰老和抗氧化相关基因的表达较N22条件下显著上调。
【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
【图文】：

图 1.1 植物光系统高光适应模式图（董潇潇等，2016） 1.1 The model of adaptive mechanisms on photosystem to highlight in plants (董潇潇等，到外界胁迫时，植物常常会有光抑制现象，而光抑制则会引发光氧化的发光氧化对植物的影响主要表现在光合部件的受损，光合色素的降解，严低温、高温等）下就会造成植物细胞的死亡。光氧化对植物产生的危害下植物体内会产生过量激发能，而这些激发能会激发某些物质到高能状的活性较高，容易与其他物质发生反应，因此造成细胞内结构的破坏；生过量的激发能，导致的电子转移给电子传递链组分以外的物质，产生活性氧常常从此过程中产生从而造成细胞的死亡。产生及危害光可以产生大量能量，虽然植物可以多种方式来使多余的能量耗散，但同时不可避免的产生 ROS 的积累。高温胁迫下的 ROS 形成主要是与热功能改变有关；而在高光胁迫下，植物体内的 ROS 可产生于电子的转

括胡萝卜素、抗坏血酸（AsA）、α-维生素 E、谷胱甘肽（GS接还原 ROS，还可以参与到酶促反应中作为底物共同来清除 ROAsA 可以作为还原剂参与到其中被氧化为 MDAsA。还原型的因为其结构中含有一个易于被氧化脱氢的巯基（-SH）。还原型再生相关，而 GR 可还原氧化型的 GSH。总之，AsA 和 GSH 在中的 ROS 方面起到重要作用，并且在植物中还原型的 AsA 和 G种较高的比率对清除 ROS 是非常重要的。物中抗氧化的酶类系统和非酶类系统共同维持着细胞中 ROS 的的抗氧化系统就不能很好地工作，一些抗氧化剂可能会增加，而也是 ROS 大量积累的原因。在剧烈的生物胁迫条件下脂质过氧会导致细胞程序性死亡（Hodges 和 Forney，2000；Duarte 等，S 大量产生时起发挥作用，还可以完成补救一些由于 ROS 所造成被 ROS 损害的 DNA，最大限度上维持遗传信息的完整性（Mo化剂，如维生素、酚类、类黄酮、类胡萝卜素、谷胱甘肽和内源氧等，这些物质可直接或间接的作为酶的底物来消除活性氧（Ma

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马燕斌;王霞;张树伟;李换丽;吴霞;王新胜;;棉花突变体种质资源创制概述[J];山西农业科学;2018年01期

2 李新鹏;李京琳;陈小朋;曾翔;龙湍;安保光;张维;吴永忠;黄培劲;;玉米突变体库创制及雄性不育突变体鉴定[J];玉米科学;2018年03期

3 潘俏;张舒vQ;沈迪;吴家琪;陈春莲;陈洁;陈劲枫;娄群峰;;黄瓜耐盐突变体材料的筛选与鉴定[J];南京农业大学学报;2018年01期

4 张亚芳;潘存红;李爱宏;汤雯;武茹;陈宗祥;许爱霞;潘学彪;;提高水稻插入突变体库利用效率的尝试[J];遗传;2007年07期

5 张萍;姜景彬;杨欢欢;赵婷婷;许向阳;李景富;;番茄EMS突变体库的构建及表型分析[J];北方园艺;2019年07期

6 纪策;刘源;李丹;Sossah Frederick Leo;杨阳;付永平;李玉;;有害疣孢霉Hypomyces perniciosus遗传转化体系的建立及其突变体库的构建[J];菌物学报;2018年08期

7 张习春;鲁菲菲;吕育松;罗荣剑;焦桂爱;邬亚文;唐绍清;胡培松;魏祥进;;两个垩白突变体的鉴定及突变基因的图位克隆[J];中国水稻科学;2017年06期

8 岳丽晓;李登云;张玲玲;;拟南芥衰老相关突变体lsm3的鉴定和基因克隆[J];赤峰学院学报(自然科学版);2017年20期

9 臧新山;申贤坤;裴文锋;吴Z

本文编号：2739633