小麦淡绿叶突变体chli表型分析、突变基因克隆及功能分析
发布时间：2022-02-17 13:34
普通小麦（Triticum aestivum L.）是人类赖以生存的重要粮食作物之一,并且是继玉米和水稻之后的第三大粮食作物。小麦为全球大约40%的人口提供了食物,同时为全球人口供应了大约20%的热量。小麦光合速率的高低及持续时间长短是影响小麦最终收获产量的重要因素,因而培育具有高光合速率,光合作用持续时间较长的小麦品种是提高小麦产量的潜在途径。叶片中叶绿素含量常被作为判断小麦生长状态是否良好的重要标志之一,且小麦叶片叶绿素含量与光合速率有较密切的正相关关系,直接或间接的影响小麦的产量。因此,解析小麦叶绿素生物合成的遗传机制有利于我们培育具有高光合效率的小麦品种。小麦叶色突变体是一类表型容易观察的突变体材料,同时也是研究植物叶绿素生物合成机制的优良材料,对研究如何通过改良光合速率提高小麦产量具有潜在理论研究价值。本文主要以来源于优良小麦品种陕农33中可稳定遗传的叶绿素缺乏突变体chli做为研究对象,鉴定了突变体chli的苗期表型特征、探讨了突变基因的遗传规律及分析了突变基因的功能。主要结果及结论如下:1、表型鉴定。突变体chli在苗期时表现出明显的淡绿叶表型,但是当其生长发育进行到抽穗...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 高等植物中叶色突变体的研究进展
1.1.1 叶色突变体的表型特征
1.1.2 叶色变化的类型及来源
1.1.3 叶色突变体的遗传特征
1.1.4 植物光合色素的种类、性质及分布
1.2 高等植物叶绿素生物代谢研究进展
1.2.1 从谷氨酸到氨基酮戊酸的合成
1.2.2 从ALA的合成到尿原卟啉III的合成
1.2.3 从尿卟啉原III到原卟啉IX的合成
1.2.4 叶绿素合成和血红素合成的分支点
1.2.5 Mg-proto IX至3-乙烯基脱植基叶绿素a的合成
1.2.6 叶绿素a、叶绿素b的合成及叶绿素循环
1.3 小麦叶色突变体研究进展
1.3.1 小麦叶色突变体的表型特征
1.3.2 小麦叶色突变体的遗传方式
1.3.3 小麦叶色突变体的分子机理
1.3.4 小麦叶绿素突变体基因克隆进展
1.4 小麦基因定位及克隆方法简述
1.5 生物素体内标记介导的互作蛋白钓取
1.6 本研究的目的、意义及研究路线
1.6.1 本研究的目的和意义
1.6.2 技术路线
第二章 小麦淡绿色叶片突变体chli的表型及生理特征
2.1 材料和方法
2.1.1 供试小麦材料及种植
2.1.2 试验仪器和试剂
2.1.3 石蜡切片
2.1.4 透射电子显微镜用样品制样及观察
2.1.5 农艺性状调查
2.1.6 叶绿素含量测定
2.1.7 Proto IX及 Mg-proto IX含量的测定
2.2 结果与分析
2.2.1 突变体chli的形态特征及农艺性状调查
2.2.2 chli中叶绿素、类胡萝卜素
2.2.3 Proto IX及 Mg-Proto IX含量
2.2.4 突变体chli和陕农33叶片结构特征
2.2.5 突变体chli和陕农33叶绿体结构特征
2.3 讨论
2.3.1 叶绿素部分缺失是chli叶片黄化的重要原因
2.3.2 Proto IX到 Mg-proto IX的合成受阻
2.3.3 突变体chli叶片叶绿体中类囊体发育滞后
第三章 突变体chli淡绿叶性状的遗传规律
3.1 材料和方法
3.1.1 遗传群体构建
3.1.2 材料种植与表型鉴定
3.1.3 统计分析
3.2 结果与分析
3.3 讨论
第四章 突变基因的定位、克隆及功能研究
4.1 材料和方法
4.1.1 遗传群体构建
4.1.2 仪器和试剂
4.1.3 拟南芥种植
4.1.4 质粒及菌株
4.1.5 基因组DNA及 RNA的提取
4.1.6 RNA的电泳检测
4.1.7 cDNA的合成
4.1.8 本部分实验中使用的引物
4.1.9 PCR反应组分及条件
4.1.10 一步克隆介导的质粒载体构建
4.1.11 大肠杆菌DN5α感受态细胞的制备及转化
4.1.12 农杆菌GV3101感受态细胞的制备及转化
4.1.13 酵母双杂交试验
4.1.14 拟南芥转基因试验
4.1.15 SNP芯片对chli中突变基因进行定位
4.1.16 叶绿素代谢途径中相关基因
4.1.17 候选基因功能分析
4.1.18 亚细胞定位试验
4.1.19 原核表达分析
4.1.20 拟南芥突变体功能互补验证
4.1.21 BiFC介导的蛋白互作验证
4.1.22 FERT试验
4.1.23 生物素体内标记试验
4.2 结果与分析
4.2.1 突变基因Tachli-7A的定位及克隆
4.2.2 克隆及分子标记的开发
4.2.3 基于限制性酶切的基因型鉴定
4.2.4 拟南芥突变体功能互补试验
4.2.5 CHLI-7A亚细胞定位及原核表达
4.2.6 蛋白质TaCHLI-7A与 Tachli-7A的互作分析
4.2.7 TaCHLI-7A与 Tachli-7A的 BiFC互作验证
4.2.8 TaCHLI-7A与 Tachli-7A的 FERT互作验证
4.2.9 I亚基的进化分析
4.2.10 TaCHLI-7A互作蛋白的发掘结果
4.2.11 基因TaCHLI表达量分析
4.3 讨论
4.3.1 单碱基突变导致小麦CHLI蛋白保守结构域发生变化
4.3.2 TaCHLI-7A中氨基酸突变破坏了蛋白质间相互作用
4.3.3 小麦TaCHLI-7A和 TaCHLI-7D在拟南芥中均具有Mg Ch活性
4.3.4 小麦基因TaCHLI的表达模式
第五章 突变体chli淡绿叶成因转录组分析
5.1 材料和方法
5.1.1 供试小麦材料及种植
5.1.2 材料的处理及取样
5.1.3 转录组测序
5.2 结果与分析
5.2.1 测序质量评估结果
5.2.2 测序数据与参考基因组比对结果
5.2.3 新基因的挖掘结果
5.2.4 基因表达量分析结果
5.2.5 样本间转录组数据相关性分析结果
5.2.6 差异表达基因及其功能分析结果
5.2.7 RNA-Seq数据的真实性验证
5.3 讨论
第六章 结论与创新点
6.1 主要研究结论
6.2 本文创新点
参考文献
附录
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效的西瓜CRISPR/cas9基因敲除技术[J]. 张倩倩,许勇,田守蔚,姜临建,高嫱,张洁,宗梅,张海英,任毅,郭绍贵,宫国义,刘凡. 中国瓜菜. 2019(08)
[2]光调控植物叶绿素生物合成的研究进展[J]. 王峰,闫家榕,陈雪玉,姜程浩,孟思达,刘玉凤,许涛,齐明芳,李天来. 园艺学报. 2019(05)
[3]叶锈菌侵染的小麦叶片转录组数据分析[J]. 刘娜,乔妹,孙嘉伟,陈琰,侯春燕,韩胜芳,王冬梅. 植物遗传资源学报. 2019(04)
[4]水稻幼苗条纹突变体yss1的转录组分析[J]. 周坤能,夏加发,王元垒,马廷臣,李泽福. 基因组学与应用生物学. 2018(10)
[5]利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对CSSL37的YSA基因进行定点编辑[J]. 杨德卫,郑向华,项光海,曹源伟,程朝平,叶宁,黄凤凰,王皓毅,叶新福. 分子植物育种. 2018(06)
[6]一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位[J]. 郭丹,施勇烽,王惠梅,张晓波,宋莉欣,徐霞,贺彦,郭梁,吴建利. 作物学报. 2016(07)
[7]小麦黄绿近等基因系主要生理特性及叶绿体形态结构的比较[J]. 刘聪,段阳,安旭尧,郑锦娟,吴慧玉,孙道杰,冯毅,张玲丽. 农业生物技术学报. 2016(06)
[8]小麦旗叶黄化转绿突变体的生理分析及细胞学研究[J]. 杨佳秀,杜丽芬,刘录祥,谢彦周,王成社. 西北植物学报. 2015(12)
[9]Increased grain yield with improved photosynthetic characters in modern maize parental lines[J]. LI Cong-feng,TAO Zhi-qiang,LIU Peng,ZHANG Ji-wang,ZHUANG Ke-zhang,DONG Shu-ting,ZHAO Ming. Journal of Integrative Agriculture. 2015(09)
[10]镁离子螯合酶活性调控及其功能[J]. 罗莎,罗韬,彭鹏,李艳萍,黎小刚. 植物生理学报. 2015(06)
博士论文
[1]太谷核不育小麦Ms2基因的图位克隆和功能解析[D]. 倪飞.山东农业大学 2017
[2]小麦籽粒发育形态建成时期转录组学研究[D]. 李怀珠.西北农林科技大学 2014
[3]小麦滞绿突变体tasg1抗旱生理特性及分子机制研究[D]. 田风霞.山东农业大学 2013
[4]小麦黄绿突变体特性研究与遗传分析[D]. 李宁.中国农业科学院 2012
[5]榛子花芽转录组文库的Solexa测序及冷调节基因的表达谱分析[D]. 陈新.中国林业科学研究院 2011
[6]水稻T-DNA插入黄叶突变体基因克隆与功能分析[D]. 陈青.中国农业科学院 2007
[7]三个水稻叶色突变体的鉴定与基因克隆[D]. 刘文真.浙江大学 2006
硕士论文
[1]基于转录组测序分析小麦黄绿突变体Ygm叶色形成候选基因[D]. 吴慧玉.西北农林科技大学 2018
[2]水稻DGP1基因介导的叶绿体发育与叶绿素合成的分子机理研究[D]. 李明星.浙江师范大学 2018
[3]水稻白条纹叶白穗突变体基因WP4的图位克隆[D]. 左维维.浙江农林大学 2016
[4]黄绿小麦近等基因系的鉴评及黄绿基因Ygl的分子标记定位[D]. 安旭尧.西北农林科技大学 2016
[5]番茄黄叶基因NV的遗传定位及生理特性研究[D]. 宋丽华.中国农业科学院 2016
[6]谷子淡绿叶突变体pgl1的遗传分析与突变基因克隆[D]. 李雯.山西农业大学 2015
[7]普通小麦陕农33叠氮化钠突变体库的构建和突变体的筛选[D]. 李明飞.西北农林科技大学 2015
[8]水稻突变体的鉴定及黄绿叶突变体T113的遗传分析和突变基因的精细定位[D]. 何旎清.南京农业大学 2015
[9]一个水稻持绿突变体的鉴定及其基因精细定位[D]. 孙银苍.浙江师范大学 2013
[10]小麦叶绿素缺失突变体的遗传特性与叶绿体基因表达分析[D]. 夏家平.中国农业科学院 2012
本文编号：3629491
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 高等植物中叶色突变体的研究进展
1.1.1 叶色突变体的表型特征
1.1.2 叶色变化的类型及来源
1.1.3 叶色突变体的遗传特征
1.1.4 植物光合色素的种类、性质及分布
1.2 高等植物叶绿素生物代谢研究进展
1.2.1 从谷氨酸到氨基酮戊酸的合成
1.2.2 从ALA的合成到尿原卟啉III的合成
1.2.3 从尿卟啉原III到原卟啉IX的合成
1.2.4 叶绿素合成和血红素合成的分支点
1.2.5 Mg-proto IX至3-乙烯基脱植基叶绿素a的合成
1.2.6 叶绿素a、叶绿素b的合成及叶绿素循环
1.3 小麦叶色突变体研究进展
1.3.1 小麦叶色突变体的表型特征
1.3.2 小麦叶色突变体的遗传方式
1.3.3 小麦叶色突变体的分子机理
1.3.4 小麦叶绿素突变体基因克隆进展
1.4 小麦基因定位及克隆方法简述
1.5 生物素体内标记介导的互作蛋白钓取
1.6 本研究的目的、意义及研究路线
1.6.1 本研究的目的和意义
1.6.2 技术路线
第二章 小麦淡绿色叶片突变体chli的表型及生理特征
2.1 材料和方法
2.1.1 供试小麦材料及种植
2.1.2 试验仪器和试剂
2.1.3 石蜡切片
2.1.4 透射电子显微镜用样品制样及观察
2.1.5 农艺性状调查
2.1.6 叶绿素含量测定
2.1.7 Proto IX及 Mg-proto IX含量的测定
2.2 结果与分析
2.2.1 突变体chli的形态特征及农艺性状调查
2.2.2 chli中叶绿素、类胡萝卜素
2.2.3 Proto IX及 Mg-Proto IX含量
2.2.4 突变体chli和陕农33叶片结构特征
2.2.5 突变体chli和陕农33叶绿体结构特征
2.3 讨论
2.3.1 叶绿素部分缺失是chli叶片黄化的重要原因
2.3.2 Proto IX到 Mg-proto IX的合成受阻
2.3.3 突变体chli叶片叶绿体中类囊体发育滞后
第三章 突变体chli淡绿叶性状的遗传规律
3.1 材料和方法
3.1.1 遗传群体构建
3.1.2 材料种植与表型鉴定
3.1.3 统计分析
3.2 结果与分析
3.3 讨论
第四章 突变基因的定位、克隆及功能研究
4.1 材料和方法
4.1.1 遗传群体构建
4.1.2 仪器和试剂
4.1.3 拟南芥种植
4.1.4 质粒及菌株
4.1.5 基因组DNA及 RNA的提取
4.1.6 RNA的电泳检测
4.1.7 cDNA的合成
4.1.8 本部分实验中使用的引物
4.1.9 PCR反应组分及条件
4.1.10 一步克隆介导的质粒载体构建
4.1.11 大肠杆菌DN5α感受态细胞的制备及转化
4.1.12 农杆菌GV3101感受态细胞的制备及转化
4.1.13 酵母双杂交试验
4.1.14 拟南芥转基因试验
4.1.15 SNP芯片对chli中突变基因进行定位
4.1.16 叶绿素代谢途径中相关基因
4.1.17 候选基因功能分析
4.1.18 亚细胞定位试验
4.1.19 原核表达分析
4.1.20 拟南芥突变体功能互补验证
4.1.21 BiFC介导的蛋白互作验证
4.1.22 FERT试验
4.1.23 生物素体内标记试验
4.2 结果与分析
4.2.1 突变基因Tachli-7A的定位及克隆
4.2.2 克隆及分子标记的开发
4.2.3 基于限制性酶切的基因型鉴定
4.2.4 拟南芥突变体功能互补试验
4.2.5 CHLI-7A亚细胞定位及原核表达
4.2.6 蛋白质TaCHLI-7A与 Tachli-7A的互作分析
4.2.7 TaCHLI-7A与 Tachli-7A的 BiFC互作验证
4.2.8 TaCHLI-7A与 Tachli-7A的 FERT互作验证
4.2.9 I亚基的进化分析
4.2.10 TaCHLI-7A互作蛋白的发掘结果
4.2.11 基因TaCHLI表达量分析
4.3 讨论
4.3.1 单碱基突变导致小麦CHLI蛋白保守结构域发生变化
4.3.2 TaCHLI-7A中氨基酸突变破坏了蛋白质间相互作用
4.3.3 小麦TaCHLI-7A和 TaCHLI-7D在拟南芥中均具有Mg Ch活性
4.3.4 小麦基因TaCHLI的表达模式
第五章 突变体chli淡绿叶成因转录组分析
5.1 材料和方法
5.1.1 供试小麦材料及种植
5.1.2 材料的处理及取样
5.1.3 转录组测序
5.2 结果与分析
5.2.1 测序质量评估结果
5.2.2 测序数据与参考基因组比对结果
5.2.3 新基因的挖掘结果
5.2.4 基因表达量分析结果
5.2.5 样本间转录组数据相关性分析结果
5.2.6 差异表达基因及其功能分析结果
5.2.7 RNA-Seq数据的真实性验证
5.3 讨论
第六章 结论与创新点
6.1 主要研究结论
6.2 本文创新点
参考文献
附录
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效的西瓜CRISPR/cas9基因敲除技术[J]. 张倩倩,许勇,田守蔚,姜临建,高嫱,张洁,宗梅,张海英,任毅,郭绍贵,宫国义,刘凡. 中国瓜菜. 2019(08)
[2]光调控植物叶绿素生物合成的研究进展[J]. 王峰,闫家榕,陈雪玉,姜程浩,孟思达,刘玉凤,许涛,齐明芳,李天来. 园艺学报. 2019(05)
[3]叶锈菌侵染的小麦叶片转录组数据分析[J]. 刘娜,乔妹,孙嘉伟,陈琰,侯春燕,韩胜芳,王冬梅. 植物遗传资源学报. 2019(04)
[4]水稻幼苗条纹突变体yss1的转录组分析[J]. 周坤能,夏加发,王元垒,马廷臣,李泽福. 基因组学与应用生物学. 2018(10)
[5]利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对CSSL37的YSA基因进行定点编辑[J]. 杨德卫,郑向华,项光海,曹源伟,程朝平,叶宁,黄凤凰,王皓毅,叶新福. 分子植物育种. 2018(06)
[6]一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位[J]. 郭丹,施勇烽,王惠梅,张晓波,宋莉欣,徐霞,贺彦,郭梁,吴建利. 作物学报. 2016(07)
[7]小麦黄绿近等基因系主要生理特性及叶绿体形态结构的比较[J]. 刘聪,段阳,安旭尧,郑锦娟,吴慧玉,孙道杰,冯毅,张玲丽. 农业生物技术学报. 2016(06)
[8]小麦旗叶黄化转绿突变体的生理分析及细胞学研究[J]. 杨佳秀,杜丽芬,刘录祥,谢彦周,王成社. 西北植物学报. 2015(12)
[9]Increased grain yield with improved photosynthetic characters in modern maize parental lines[J]. LI Cong-feng,TAO Zhi-qiang,LIU Peng,ZHANG Ji-wang,ZHUANG Ke-zhang,DONG Shu-ting,ZHAO Ming. Journal of Integrative Agriculture. 2015(09)
[10]镁离子螯合酶活性调控及其功能[J]. 罗莎,罗韬,彭鹏,李艳萍,黎小刚. 植物生理学报. 2015(06)
博士论文
[1]太谷核不育小麦Ms2基因的图位克隆和功能解析[D]. 倪飞.山东农业大学 2017
[2]小麦籽粒发育形态建成时期转录组学研究[D]. 李怀珠.西北农林科技大学 2014
[3]小麦滞绿突变体tasg1抗旱生理特性及分子机制研究[D]. 田风霞.山东农业大学 2013
[4]小麦黄绿突变体特性研究与遗传分析[D]. 李宁.中国农业科学院 2012
[5]榛子花芽转录组文库的Solexa测序及冷调节基因的表达谱分析[D]. 陈新.中国林业科学研究院 2011
[6]水稻T-DNA插入黄叶突变体基因克隆与功能分析[D]. 陈青.中国农业科学院 2007
[7]三个水稻叶色突变体的鉴定与基因克隆[D]. 刘文真.浙江大学 2006
硕士论文
[1]基于转录组测序分析小麦黄绿突变体Ygm叶色形成候选基因[D]. 吴慧玉.西北农林科技大学 2018
[2]水稻DGP1基因介导的叶绿体发育与叶绿素合成的分子机理研究[D]. 李明星.浙江师范大学 2018
[3]水稻白条纹叶白穗突变体基因WP4的图位克隆[D]. 左维维.浙江农林大学 2016
[4]黄绿小麦近等基因系的鉴评及黄绿基因Ygl的分子标记定位[D]. 安旭尧.西北农林科技大学 2016
[5]番茄黄叶基因NV的遗传定位及生理特性研究[D]. 宋丽华.中国农业科学院 2016
[6]谷子淡绿叶突变体pgl1的遗传分析与突变基因克隆[D]. 李雯.山西农业大学 2015
[7]普通小麦陕农33叠氮化钠突变体库的构建和突变体的筛选[D]. 李明飞.西北农林科技大学 2015
[8]水稻突变体的鉴定及黄绿叶突变体T113的遗传分析和突变基因的精细定位[D]. 何旎清.南京农业大学 2015
[9]一个水稻持绿突变体的鉴定及其基因精细定位[D]. 孙银苍.浙江师范大学 2013
[10]小麦叶绿素缺失突变体的遗传特性与叶绿体基因表达分析[D]. 夏家平.中国农业科学院 2012
本文编号：3629491
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