水稻中胚轴伸长基因qME1的克隆与功能分析

发布时间：2023-04-03 05:34

　　随着社会劳动力转移,资源等日益紧张,传统精耕细作式的水稻育秧移插栽培方式已难以满足现代生产方式的需求。以省力、省工、低劳动强度以及低生产成本为特点的水稻直播栽培技术得到了广泛的应用。但目前水稻直播还存在出苗难、出苗不整齐、苗期杂草多、耐倒伏能力较差等问题。其中首先需解决出苗难问题。水稻在一定土壤深度播种具有扎根能力强、土壤养分吸收效率高、节约水资源、防止鸟鼠偷食等优点。研究表明,水稻中胚轴伸长对幼苗迅速破土具有关键作用,是提供其迅速破土的主要动力。因此研究中胚轴在出苗过程中伸长的作用机理、鉴定控制中胚轴伸长的优异基因对于推广水稻直播技术具有重要的意义。本研究通过长中胚轴材料Kasalath和短中胚轴材料日本晴构建的回交重组自交系对黑暗条件下中胚轴长度进行QTL定位,并对其中1号染色体上qME1(quantitative mesocotyl elongation 1)基因进行定位克隆和功能分析,具体研究结果如下:1. 不同品种间的中胚轴长度差异范围变化较大,其中籼稻的变异范围更为广泛。长中胚轴材料的出苗率普遍显著高于短中胚轴的材料。中胚轴伸长主要靠其细胞扩增,且中胚轴中上部细胞伸长提供破...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语表
1 前言
    1.1 研究问题的由来
    1.2 水稻直播的发展现状
        1.2.1 直播稻类型、特点
        1.2.2 直播稻发展现状、趋势
        1.2.3 水稻直播出苗的动力源分析
    1.3 水稻中胚轴伸长
        1.3.1 水稻中胚轴伸长机制
        1.3.2 影响中胚轴伸长的因素
        1.3.3 中胚轴伸长相关基因的克隆
    1.4 乙烯对植物生长发育的调节
        1.4.1 植物乙烯的生物合成
        1.4.2 乙烯信号传导途径
        1.4.3 乙烯参与幼苗破土机械压力响应
    1.5 赤霉素GA对植物发育的调节
        1.5.1 GA的生物合成途径
        1.5.2 GA信号传导途径
        1.5.3 GA在植物发育、环境响应方面的研究进展
        1.5.4 乙烯和赤霉素协同响应水淹胁迫
    1.6 本研究的目的与意义
2 材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 田间材料管理
        2.1.3 载体和菌株
        2.1.4 分子生物学和化学试剂
    2.2 实验方法
        2.2.1 水稻黄化苗中胚轴长度以及破土出苗鉴定
        2.2.2 乙烯前体ACC和赤霉素GA含量测定
        2.2.3 水稻基因组DNA提取
        2.2.4 PCR扩增
        2.2.5 非变性聚丙烯酰胺凝胶(PAGE)电泳检测
        2.2.6 开发与筛选具有多态性的分子标记及基因定位
        2.2.7 预测候选基因
        2.2.8 质粒构建
        2.2.9 T4 DNA连接和InFusion重组连接
        2.2.10 大肠杆菌感受态细胞的制备及转化
        2.2.11 农杆菌感受态细胞的制备及转化
        2.2.12 RNA提取、cDNA第一链的合成及Real-time PCR
        2.2.13 大提质粒DNA
        2.2.14 水稻中胚轴以及叶鞘部分蛋白提取及Western blot检测
        2.2.15 水稻原生质体提取和转化
        2.2.16 BiFC观察
        2.2.17 酵母双杂交实验
        2.2.18 原核蛋白表达与纯化
        2.2.19 Co-IP分析
        2.2.20 荧光素酶(LUC)活性检测
        2.2.21 DNA凝胶阻滞(EMSA)实验
3 结果与分析
    3.1 水稻控制中胚轴伸长QTL qME1 的精细定位与功能分析
        3.1.1 中胚轴伸长在水稻幼苗迅速破土中的作用
        3.1.2 中胚轴伸长的细胞学分析
        3.1.3 控制中胚轴伸长QTL qME1 和幼苗出苗率QTL qER1 的初步定位
        3.1.4 qME1的精细定位
        3.1.5 qME1候选基因功能验证
        3.1.6 水稻中胚轴伸长与株高相关性分析
        3.1.7 qME1在育种进程选择丢失
    3.2 土壤机械压力通过产生乙烯调控SD1表达促进中胚轴伸长
        3.2.1 不同深度土壤机械压力诱导水稻幼苗产生乙烯
        3.2.2 土壤机械压力通过乙烯诱导SD1表达
        3.2.3 Os EIL1 直接调控SD1 表达
        3.2.4 土壤机械压力降低GA信号抑制子DELLA蛋白表达
        3.2.5 DELLA蛋白与PIL13 互作并抑制其对OsEXPA4 的转录激活活性
    3.3 qME1的育种应用
        3.3.1 qME1在耐淹直播、快速发芽方面的应用
        3.3.2 水稻中胚轴及地下部位特异高表达启动子筛选
        3.3.3 水稻地下部位异位表达SD1与低氮响应
4 讨论
    4.1 qME1介导GA合成促进水稻黄化苗中胚轴伸长
    4.2 乙烯主要通过OsEIL1-SD1 途径促进黄化苗中胚轴伸长
    4.3 水稻直播出苗率动力源的讨论
    4.4 GA信号通过PIF转录因子调控下游扩张蛋白促进细胞伸长
    4.5 中胚轴伸长性状在育种选择中逐渐丢失
    4.6 qME1直播稻育种应用的讨论
5 创新点总结
参考文献
附录Ⅰ 水稻种质资源的中胚轴长度及SD1单体型
附录Ⅱ 试剂配方及引物序列
    附录Ⅱ-1 PAGE胶配置
    附录Ⅱ-2 蛋白提取液配制
    附录Ⅱ-3 蛋白的SDS-PAGE凝胶电泳和Western blot试剂配置
    附录Ⅱ-4 原生质体制备试剂配制
    附录Ⅱ-5 引物序列
附录Ⅲ 在读期间发表论文
致谢



本文编号：3780764