野生稻长、刺芒基因的克隆及其分子演化

发布时间：2017-05-21 22:21

  本文关键词：野生稻长、刺芒基因的克隆及其分子演化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)是从普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)驯化而来的。与野生祖先相比,栽培稻在很多形态和生理性状上发生了巨大的改变。野生稻不仅具有长芒,而且芒表面布满长约200μm的锋利的芒刺。野生稻的长刺芒能够粘附在动物皮毛上,帮助种子借助动物进行传播；平衡自由下落的种子使种子带有胚的一端埋入土壤,有利于萌发和幼苗建成；还能够保护种子不被鸟兽掠食,所以长刺芒对野生稻的野外生存和扩散至关重要。相反,栽培稻一般无芒或仅有少量光滑的短芒,有利于种子的收获、储藏和加工,提高稻米产量。因此,野生稻的长刺芒到栽培稻的短光芒的转变是水稻驯化过程中一个重要事件。本研究在云南元江普通野生稻与籼稻品种93-11构建的渗入系中,筛选到一个具有长刺芒的渗入系(9YIL304),用该系与轮回亲本93,11构建分离群体,将控制野生稻长刺芒的基因(LONG AND BARBED AWN1,LABA1)定位在第4染色体长臂的一个约35-kb的区间内。通过双亲序列比对,发现93-11在一个编码细胞分裂素激活酶基因的第1个外显子中存在单碱基缺失,引起编码蛋白提前终止。该单碱基的缺失与栽培稻的芒长和芒刺有无高度相关。遗传互补实验表明该基因就是控制野生稻长刺芒的基因LABA1。重组LABA1蛋白能够将细胞分裂素核糖5’-单磷酸(iPRMP)催化成为具有生物活性的细胞分裂素iP。细胞分裂素含量测定表明互补转基因植株幼穗内活性细胞分裂素含量(iP,tZ)显著高于转基因对照,验证了LABA1在体内也具有细胞分裂素激活酶功能。LABA1特异地在芒原基的表皮细胞中表达,组织学分析和OsHistone H4的原位杂交表明,ABA1能够通过提高芒原基的细胞分裂活性从而增加芒长和芒的着生比例。栽培稻在LABAl位点的核苷酸多样性相比于野生稻发生了严重下降,中性测验表明labal基因很可能受到了定向选择。通过多位点核苷酸多样性分析,在栽培稻中鉴定到一个包含LABAl的约800-kb的基因组选择性清除区域,表明LABA1是水稻驯化过程中一个重要的人工选择靶点。LABA1基因的克隆不仅为揭示水稻驯化的分子机理提供了新的见解,而且为研究水稻芒的发育机制提供了重要线索。
【关键词】：普通野生稻 芒长 芒刺 图位克隆 水稻驯化
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 文献综述7-22
• 1.1 作物演化的分子遗传学基础7-9
• 1.2 亚洲栽培稻起源与演化研究进展9-11
• 1.3 水稻驯化的遗传调控11-16
• 1.4 基因组选择区域大规模筛选16-17
• 1.5 禾本科植物芒性状的研究进展17-20
• 1.6 立题依据和研究意义20-22
• 第二章 材料与方法22-33
• 2.1 群体构建22
• 2.2 表型鉴定22
• 2.3 DNA提取22
• 2.4 基因型分析22-23
• 2.5 BAC克隆筛选23-24
• 2.6 载体构建24-26
• 2.7 遗传转化26-28
• 2.8 GFP检测28
• 2.9 RNA提取和表达分析28-29
• 2.10 RNA原位杂交29-31
• 2.11 原核表达及蛋白纯化31
• 2.12 酶活分析31-32
• 2.13 芒的生物学功能生态学实验32-33
• 第三章 结果与分析33-60
• 3.1 野生稻与栽培稻芒性状的比较33-34
• 3.2 水稻芒的生物学功能34-35
• 3.3 元江普野渗入系9YIL304表型评价35-36
• 3.4 野生稻长刺芒基因的初步定位36-38
• 3.5 野生稻长刺芒基因的精细定位38-39
• 3.6 基因候选39-41
• 3.7 LABA1基因的遗传互补和RNAi分析41-42
• 3.8 长刺芒的发育过程研究42-44
• 3.9 LABA1基因的表达模式44-45
• 3.10 LABA1的蛋白功能45-47
• 3.11 LABA1蛋白的亚细胞定位47
• 3.12 长刺芒发育机制研究47-49
• 3.13 栽培稻LABA1位点的核苷酸多样性分析49-50
• 3.14 人工选择对LABA1位点周围基因组的影响50-59
• 3.15 选择laba1有利于稻谷的储藏和加工59-60
• 第四章 讨论与展望60-64
• 4.1 从长刺芒到短光芒的转变是水稻驯化的一个重要事件60
• 4.2 水稻芒性状的遗传基础60-61
• 4.3 水稻芒性状的发育机制61-62
• 4.4 LABA1的分子演化62-63
• 4.5 展望63-64
• 参考文献64-73
• 致谢73-74
• 个人简历74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：385019