玉米光敏色素C在光形态建成与开花中的功能解析

发布时间：2021-02-03 01:39

　　玉米是世界第一大作物,广泛用于食品、饲料以及其他工业产品。玉米在驯化以及育种的过程中,种植范围不断地由热带低纬度地区向温带高纬度地区扩展,与之相伴随的是开花时间对光周期的敏感性不断减弱;并且在现代育种与栽培过程中通过不断增大玉米的种植密度来持续提高玉米产量。培育适度早花与耐密植玉米,始终是玉米育种的一个重要目标。避荫综合征（Shave avoidance syndrome,SAS）是在高密度种植条件下,当植物感受到来自邻近植被的光竞争时触发的,它对玉米产量的产生是有害的。现有研究表明,拟南芥中的光敏色素作为红光和远红光感受器是感知遮荫信号和触发SAS的主要受体并参与调控开花时间,而光敏色素在玉米中的研究尚不充分。玉米PHYA与PHYB在光形态建成中的功能已进行了一定的研究,而PHYC的研究则未见详细报道。在本研究中,我们从玉米自交系B73中克隆到ZmPHYC1和ZmPHYC2基因,并进行了生物信息学分析以及ZmPHYC1/2蛋白的亚细胞定位分析。利用实时定量PCR（RT-qPCR）检测ZmPHYC1和ZmPHYC2基因在玉米中的组织特异性表达,以及其转录丰度对不同光周期处理（长日照和短... 

【文章来源】：山东农业大学山东省

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
Abstract
1 前言
    1.1 植物光受体
        1.1.1 光敏色素
        1.1.2 UV-A/蓝光受体
        1.1.3 UV-B光受体
    1.2 植物开花调控研究进展
        1.2.1 光周期途径
        1.2.2 春化途径
        1.2.3 自主途径
        1.2.4 赤霉素途径
        1.2.5 年龄途径
    1.3 植物避荫反应研究进展
        1.3.1 双子叶植物中的避荫反应
        1.3.2 单子叶植物中的避荫反应
    1.4 本研究的目的意义
2 材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 菌株与载体
        2.1.3 试剂
        2.1.4 仪器
        2.1.5 引物
    2.2 实验方法
        2.2.1 生物信息学分析
        2.2.2 基因组DNA的提取
            2.2.2.1 提取溶液的配制
            2.2.2.2 DNA提取步骤
        2.2.3 总RNA的提取
        2.2.4 mRNA的反转录
        2.2.5 实时荧光定量PCR （RT-qPCR）
            2.2.5.1 RT-qPCR的引物设计
            2.2.5.2 RT-qPCR的反应体系及程序
        2.2.6 目的载体的构建
            2.2.6.1 使用PCR扩增目的基因CDS片段
            2.2.6.2 PCR扩增产物的回收
            2.2.6.3 目的片段与相应载体的连接
            2.2.6.4 大肠杆菌（DH5α）感受态的制备
            2.2.6.5 DH5α感受态的热激转化
            2.2.6.6 PCR方法鉴定阳性菌落
            2.2.6.7 大肠杆菌（DH5α）的质粒提取
        2.2.7 农杆菌的转化
            2.2.7.1 农杆菌感受态的制备
            2.2.7.2 农杆菌的冻融法转化
        2.2.8 蛋白的亚细胞定位分析
            2.2.8.1 构建分析所需的质粒
            2.2.8.2 农杆菌EHA105的转化与注射烟草
            2.2.8.3 蛋白定位信号的检测
        2.2.9 萤火虫萤光素酶互补成像（LCI）分析
            2.2.9.1 LCI分析所需质粒的构建
            2.2.9.2 LCI信号的检测
        2.2.10 双分子荧光互补（BiFC）分析
            2.2.10.1 BiFC分析所需质粒的构建
            2.2.10.2 BiFC信号的检测
        2.2.11 拟南芥的种植
            2.2.11.1 1/2MS培养基的配置
            2.2.11.2 拟南芥种子的消毒及萌发方法
            2.2.11.3 拟南芥的生长环境
        2.2.12 转基因拟南芥的构建
            2.2.12.1 转基因过表达质粒的构建
            2.2.12.2 浸花法转化拟南芥
            2.2.12.3 筛选阳性转基因拟南芥
            2.2.12.4 转基因拟南芥中目的基因表达量的检测（RT-qPCR法）
        2.2.13 拟南芥的光处理
        2.2.14 拟南芥表型测量与统计
        2.2.15 转基因玉米材料的获得
            2.2.15.1 玉米的温室生长条件
            2.2.15.2 玉米CRISPR/Cas9敲除质粒的构建
            2.2.15.3 玉米过表达质粒的构建
            2.2.15.4 玉米的转化以及转基因玉米的鉴定
        2.2.16 玉米的实验条件及表型统计
            2.2.16.1 玉米基因的节律分析实验条件
            2.2.16.2 玉米大田生长条件与表型统计
3 结果与分析
    3.1 ZmPHYC1和ZmPHYC2蛋白的结构域与进化分析
        3.1.1 ZmPHYC1和ZmPHYC2含有保守的蛋白结构域
        3.1.2 ZmPHYC1和ZmPHYC2的系统进化树分析
        3.1.3 ZmPHYC1和ZmPHYC2的共线性分析
    3.2 ZmPHYC1和ZmPHYC2的表达模式及蛋白亚细胞定位
        3.2.1 ZmPHYC1和ZmPHYC2的组织表达分析
        3.2.2 ZmPHYC1和ZmPHYC2在不同光周期条件的表达分析
        3.2.3 ZmPHYC1和ZmPHYC2的亚细胞定位分析
    3.3 ZmPHYC1和ZmPHYC2可与自身及其ZmPHYBs互作
    3.4 转ZmPHYC1和ZmPHYC2的拟南芥phyC-2突变体表型分析
        3.4.1 过表达ZmPHYC1和ZmPHYC2互补phyC-2突变体下胚轴表型
        3.4.2 过表达ZmPHYC1和ZmPHYC2促进phyC-2突变体开花
    3.5 ZmPHYC1和ZmPHYC2转基因拟南芥对不同光条件的响应
    3.6 过表达ZmPHYC1和ZmPHYC2抑制拟南芥的避荫反应
    3.7 ZmPHYC1和ZmPHYC2在玉米开花中的功能分析
        3.7.1 zmphyC1 zmphyC2双突变体在长日照条件下促进玉米开花
        3.7.2 zmphyC1 zmphyC2双突变体对玉米短日照条件下的开花影响
        3.7.3 开花相关基因的表达模式分析
    3.8 过表达ZmPHYC2可适度降低转基因玉米的株高
    3.9 ZmPHYC2无义突变位点的进化分析
4 讨论
    4.1 ZmphyCs属于Ⅱ类光敏色素并调控幼苗光形态建成和SAS
    4.2 ZmPHYCs在调控玉米开花时间方面具有重要作用
    4.3 ZmPHYCs为玉米高密度栽培提供了潜在目标
    4.4 ZmPHYCs中尚未发现关联与驯化信号
5 结论
6 参考文献
7 附录
8 致谢
9 攻读学位期间发表论文情况



本文编号：3015693