水稻短根突变体ksr8的表型分析和基因克隆

发布时间：2021-07-24 18:40

　　本研究前期由籼稻品种Kasalath经EMS诱变获得一个短根突变体ksr8,为揭示该突变体根系发育的分子机制,对其进行了表型鉴定、遗传分析、基因定位、转基因互补验证以及外源精氨酸处理。表型分析表明,ksr8幼苗的株高、主根、侧根和不定根长度均变短,成熟期植株较野生型矮小、分蘖数与每穗实粒数都减少。根尖树脂半超薄切片及醋酸洋红染色显示,ksr8的短根表型与伸长区细胞变短和根尖细胞分裂有关。遗传分析结果表明,ksr8的突变表型受隐性单基因控制,利用图位克隆技术将突变基因定位于3号染色体的分子标记InD3和RM3280之间,物理距离约106 kb,在该定位区间内包含一个编码催化精氨酸合成通路最后一个步骤的精氨酰琥珀酸裂解酶基因OsASL1（LOC_Os03g19280）。测序结果表明,突变体ksr8中OsASL1基因第3外显子内（CDS 653 bp处）的G突变成A,导致编码的218位精氨酸（R）突变为赖氨酸（K）;转基因互补试验证实ksr8的表型是由该基因突变引起;进一步分析发现,外源精氨酸添加可以恢复ksr8的根系缺陷表型。本研究结果证明了突变基因ksr8是OsASL... 

【文章来源】：核农学报. 2020,34(07)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

WT与突变体ksr8的根尖细胞形态分析

以Kasalath、Nipponbare和F1的DNA,以及混合30株短根突变体的DNA混合形成的突变池为模板,用在水稻12条染色体上均匀分布的115对SSR引物进行目的基因的初步定位,发现KSR8基因可能与3号染色体的分子标记RM3280连锁。扩大定位群体,增加了531株短根单株,在RM3280物理位置附近设计了4对有多态性的InDel标记,最终将突变基因定位在分子标记InD3和RM3280之间,物理距离约106 kb(图4-A)。定位区间候选基因测序分析发现,基因号为LOC_Os03g19280的候选基因第3外显子上发生了单碱基突变;生物信息学分析该基因编码精氨酰琥珀酸裂解酶,CDS全长1 560 bp,包含7个外显子,编码519个氨基酸,其CDS序列653 bp处的G突变成A,导致第218位精氨酸(R)突变成赖氨酸(K)(图4-B、C)。KSR8与同源蛋白的序列比对分析表明,ksr8中突变的氨基酸残基是保守的,表明它可能是该蛋白功能的重要残基(图4-D)。2.6 KSR8基因的互补验证分析

观察外源精氨酸处理培养7 d后的幼苗,发现经过不同浓度精氨酸处理后突变体ksr8和WT的表型变化明显不同,随着精氨酸浓度的升高,WT的根伸长受到抑制,而突变体ksr8根系在0.1、0.2和0.5 mmol·L-1 浓度下表型逐渐开始恢复,特别是主根的缺陷表型(图5-A),且随着精氨酸浓度的升高恢复越明显(图5-B),在0.5 mmol·L-1精氨酸处理下突变体ksr8和WT的根长基本一致,表明精氨酸参与调控突变体ksr8的根系发育,且适当的精氨酸浓度对水稻根系的正常发育具有积极作用。3 讨论

【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻根系发育基因OsKSR7的克隆与功能分析[J]. 周佳琴,朱俊兆,杨思学,诸周洁,姚婕,郑文娟,朱世华,丁沃娜.  中国农业科学. 2019(05)
[2]不同根型水稻的根系可塑性比较研究[J]. 楼珏,杨文清,杨玲,李铁梅,卢华金,楼巧君.  核农学报. 2018(06)
[3]植物中尿素循环相关酶及代谢产物研究进展[J]. 王慧飞,冯雪,张一名,陈光,孙艳香.  云南农业大学学报(自然科学). 2018(02)
[4]植物吸收运转氨基酸的分子机制进展[J]. 陈展宇,陈天鹏,李慧杰,崔喜艳.  分子植物育种. 2017(12)
[5]水稻根系研究进展[J]. 梁永书,周军杰,南文斌,段东东,张汉马.  植物学报. 2016(01)
[6]植物氮素吸收及其转运蛋白研究进展[J]. 段娜,章尧想,刘芳,徐军,王佳.  分子植物育种. 2015(02)
[7]水稻短根毛突变体Ossrh2的表型分析与基因定位[J]. 丁沃娜,童艳丽,宁永强,朱世华.  植物学报. 2011(06)
[8]水稻早熟多子房突变体fon5的遗传分析和基因定位[J]. 张向前,邹金松,朱海涛,李晓燕,曾瑞珍.  遗传. 2008(10)



本文编号：3301207