水稻穗部性状调控基因OsGRF4的图位克隆及功能分析

发布时间：2023-03-18 23:05

　　水稻是世界上最重要的粮食作物之一。水稻粒形、穗长、种子萌发/休眠和落粒性等穗部性状大多由复杂的数量性状位点(Quantitative trait loci,QTL)控制,在水稻产量和品质中发挥重要的作用。目前,已有几十个控制水稻穗部性状的基因被克隆,但是对于它们的分子机理知道的甚少。因此,有必要克隆更多的不同类型的穗部性状基因并研究其功能,对于深入认识穗部性状发育调控机理有着重要的意义。本研究报道了一个新的穗部性状调控基因OsGRF4的克隆、功能分析以及在育种中的应用,OsGRF4正调控粒形和穗长、负调控落粒性。研究结果为深入认识穗部性状调控机制奠定基础,同时为水稻高产育种提供重要的基因资源和技术支持。具体结果如下:1.将OsGRF4基因精细定位于水稻第2染色体33.2 kb的区间,此区间包含3个候选基因(LOC_Os02g47280,LOC_Os02g47290和LOC_Os02g47300),LOC_Os02g 47280编码一生长调控因子OsGRF4,属于GRF蛋白家族。超表达和RNA干涉证明LOC<...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要缩略词表
第1章 文献综述
    1.1 水稻粒形的经典遗传、QTL定位和克隆
        1.1.1 水稻粒形的经典遗传研究
            1.1.1.1 粒形各性状的遗传特性
            1.1.1.2 粒形各性状间的相关关系
        1.1.2 水稻粒形性状QTL的定位及与环境的互作
            1.1.2.1 水稻粒形QTL定位群体的主要类型
            1.1.2.2 水稻粒形QTL的定位
            1.1.2.3 水稻粒形QTL的一因多效
            1.1.2.4 水稻粒形QTL的上位性作用以及与环境的互作
        1.1.3 水稻粒形性状QTL的克隆及分子机理
        1.1.4 水稻粒形基因的利用及展望
    1.2 水稻穗粒数和穗型基因的克隆及其分子机理
    1.3 生长调控因子蛋白家族及microRNA396的研究概况
        1.3.1 生长调控因子的定义及功能
        1.3.2 水稻和玉米GRF基因家族
        1.3.3 拟南芥GRF基因家族
        1.3.4 microRNA396对靶基因的调控及其功能
    1.4 研究目的和意义
第2章 水稻穗部性状调控基因OsGRF4的克隆
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 NIL-OsGRF4与NIL-Osgrf4的种植及穗部性状表型调查
        2.1.3 水稻DNA的提取以及质量检测
        2.1.4 PCR和非变性聚丙烯酰胺电泳(Polyacrylamidegelelectrophoresis,PAGE)
        2.1.5 琼脂糖电泳
        2.1.6 InDel标记开发、定位群体构建、OsGRF4基因的精细定位
        2.1.7 超表达和RNA干涉载体构建及其遗传转化
        2.1.8 OsGRF4基因全长cDNA序列和启动子序列分析
        2.1.9 水稻总RNA的提取
        2.1.10 反转录PCR
        2.1.11 荧光定量PCR
        2.1.12 构建融合表达载体验证OsGRF4基因的功能位点
        2.1.13 亚细胞定位载体构建及水稻原生质体转化
        2.1.14 离层切片的制作及观察
        2.1.15 颖壳细胞大小和细胞数目观察
        2.1.16 植物激素含量的测定
        2.1.17 OsGRF4 基因功能标记的开发与验证
    2.2 结果与分析
        2.2.1 OsGRF4基因对表型的影响
        2.2.2 NIL-OsGRF4与NIL-Osgrf4籽粒灌浆速度的比较
        2.2.3 OsGRF4基因的精细定位与候选基因的预测
        2.2.4 LOC_Os02g47280的转基因互补试验
        2.2.5 OsGRF4基因的表达模式分析
        2.2.6 亲本OsGRF4的基因结构比较分析
        2.2.7 OsGRF4基因序列在不同水稻材料中的变异
        2.2.8 构建融合表达载体验证OsGRF4基因的功能位点
        2.2.9 OsGRF4蛋白的亚细胞定位
        2.2.10 OsGRF4基因通过改变离层结构影响籽粒的落粒性
        2.2.11 OsGRF4基因主要通过增加细胞长度来影响籽粒大小
        2.2.12 OsGRF4基因可能通过改变激素含量而影响穗部性状表型
        2.2.13 OsGRF4对细胞周期、细胞分裂素和穗部性状基因表达量的影响
        2.2.14 OsGRF4 基因功能标记的开发及验证
    2.3 讨论
第3章 转录组测序挖掘OsGRF4的调控基因
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验材料
        3.1.2 建库测序流程和生物信息分析流程
        3.1.3 DEGs与报道的穗部性状QTL在染色体上的共定位
        3.1.4 RT-qPCR验证DEGs的表达
    3.2 结果与分析
        3.2.1 NIL-OsGRF4和NIL-Osgrf4的转录组测序质量较高
        3.2.2 鉴定NIL-OsGRF4和NIL-Osgrf4之间的差异表达基因
        3.2.3 差异表达基因GO富集分析
        3.2.4 差异表达基因KEGG通路分析
        3.2.5 DEGs与报道的穗部性状QTL在染色体上的共定位
        3.2.6 通过RT-qPCR验证DEGs的表达
    3.3 讨论
第4章 OSGRF4基因在水稻高产育种中的应用
    4.1 材料与方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 各组合品比试验设计
    4.2 结果与分析
        4.2.1 海南大区品比组合的产量性状表现
        4.2.2 海南大区品比组合的生育期及产量表现
        4.2.3 2015年中稻多点品比迟熟组合的产量性状表现
        4.2.4 2015年中稻多点品比迟熟组合生育期及产量表现
    4.3 讨论
第5章 全文总结与研究展望
    5.1 本研究主要结论
    5.2 本研究主要特色与创新点
    5.3 研究展望
参考文献
附录1 用于定量PCR的引物
附录2 转录组测序鉴定的80个差异表达基因
致谢
作者简介



本文编号：3764047