水稻雄性不育基因OsFIGNL1的图位克隆与功能分析

发布时间：2022-11-06 09:11

　　水稻是重要的粮食作物,全世界二分之一的人口以水稻为主食。一方面,水稻雄性不育严重影响水稻产量,另一方面,雄性不育与杂种优势结合可为水稻遗传改良提供方便。水稻雄性不育突变体的研究有助于人们了解雄性不育的分子机制。水稻雄性器官的发育是一个非常复杂且高度有序的生物学过程。因此,阐明水稻雄性不育的分子机制对育种工作者具有重要的实践意义。本课题通过⁶⁰Co-γ诱变中恢8015得到一个遗传稳定的雄性不育突变体,命名为:fignl1。为了探索其雄性不育的原因,通过花药半薄切片、扫描电镜和透射电镜对fignl1突变体和野生型的花药进行了表型分析。此外,对该雄性不育基因进行了图位克隆、转基因验证以及基因功能分析等相关研究,主要研究结果如下:1.通过对水稻雄性不育突变体fignl1的表型鉴定和细胞学分析,发现fignl1突变体植株营养生长正常,植株完全不育。与野生型相比,fignl1花药淡黄,瘦小,花粉100%典败。对其授予野生型中恢8015的花粉,突变体仍能结籽,表明该突变体雌配子发育正常,雄配子败育。扫描电镜观察显示,突变体花粉粒不规则,花粉内部无淀粉粒、精细胞和营养细胞;fig... 

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
英文缩略表
1 前言
    1.1 植物花药发育
        1.1.1 水稻花药发育分期
        1.1.2 控制花药绒毡层发育的关键基因
        1.1.3 控制植物花粉壁发育的关键基因
    1.2 减数分裂机制研究的意义
        1.2.1 减数分裂时期及特点
        1.2.2 减数分裂重要事件
        1.2.3 植物减数分裂同源重组机制
        1.2.4 植物减数分裂相关重组蛋白
        1.2.5 同源重组双链断裂修复模型
        1.2.6 交叉形成
        1.2.7 联会复合体
        1.2.8 减数分裂进程
    1.3 AAA蛋白的研究进展
        1.3.1 AAA蛋白结构
        1.3.2 微管切割活性的AAA蛋白
        1.3.3 Fidgetin功能研究进展
2 本研究的目的和意义
3 材料与方法
    3.1 实验材料
        3.1.1 植物材料
        3.1.2 田间种植
        3.1.3 主要分子生物学试剂和仪器
        3.1.4 载体和菌株
    3.2 实验方法
        3.2.1 育性调查
        3.2.2 减数分裂染色体压片观察
        3.2.3 中恢8015和fignl1突变体不同发育时期花药的半薄切片
        3.2.4 扫描电镜观察
        3.2.5 透射电镜观察
        3.2.6 激光共聚焦观察胚囊的发育
        3.2.7 水稻总DNA的提取
        3.2.8 水稻各组织总RNA的提取
        3.2.9 cDNA第一条链的合成
        3.2.10 定量PCR
        3.2.11 分子标记的选择和开发
        3.2.12 水稻隐性核不育基因的精细定位
        3.2.13 聚丙烯酰胺凝胶电泳检测
        3.2.14 银染和结果记录
        3.2.15 候选基因预测及测序分析
        3.2.16 遗传转化载体的构建及遗传转化
            3.2.16.1 互补载体的构建
            3.2.16.2 GFP载体构建
            3.2.16.3 Crispr/Cas9载体构建
            3.2.16.4 原核表达载体的构建
            3.2.16.5 酵母双杂载体的构建
            3.2.16.6 双分子荧光载体的构建
            3.2.16.7 农杆菌介导的遗传转化
        3.2.17 转基因植株的鉴定
        3.2.18 OsFIGNL1的进化分析
        3.2.19 AAA结构域的原核表达及纯化
        3.2.20 ATPase活性测定
        3.2.21 亚细胞定位
        3.2.22 烟草瞬时转化
        3.2.23 酵母感受态细胞的制备
        3.2.24 酵母双杂的转化
4 结果与分析
    4.1 突变体fignl1和中恢8015的主要表型特征
    4.2 雌蕊育性调查
    4.3 野生型和fignl1突变体胚囊发育过程观察
    4.4 fignl1花药发育过程半薄切片观察
    4.5 fignl1成熟花药扫描电镜观察
    4.6 fignl1花药透射电镜观察
    4.7 fignl1突变体雄配子减数分裂染色体观察
    4.8 fignl1突变体减数分裂进程延长
    4.9 fignl1突变体的遗传分析
    4.10 OsFIGNL1基因的初定位和精细定位
    4.11 候选区域测序、基因的功能预测及筛选
    4.12 OsFIGNL1同源蛋白ATPase结构域具有较高的保守性
    4.13 转基因功能互补试验
    4.14 转基因敲除植株的表型鉴定
    4.15 OsFIGNL1基因的表达谱分析
    4.16 OsFIGNL1的亚细胞定位
    4.17 水稻AAA结构域的ATP酶活分析
    4.18 OsFIGNL1进化分析
    4.19 野生型和fignl1突变体减数分裂相关基因的表达
    4.20 OsFIGNL1与RAD51和DMC1在体内互作
5 讨论
    5.1 fignl1雄配子败育的时期和原因分析
    5.2 OsFIGNL1控制雄配子减数分裂的进程
    5.3 OsFIGNL1同源蛋白的功能特性
    5.4 fignl1突变体在减数分裂过程中形成大量的染色体碎片
    5.5 OsFIGNL1参与减数分裂同源重组
6 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
附录1
附录2
致谢



本文编号：3703234