谷子黄叶突变体T182基因的图位克隆与功能研究

发布时间：2021-02-13 05:51

　　叶色突变是一种常见的突变性状,导致叶色突变的原因繁多,涉及植物生长发育过程中的多个生理生化过程。旗叶及其邻近叶是禾本科作物重要的功能叶,对禾本科作物产量贡献很大,因此对旗叶功能形成的机理研究具有重要意义。谷子是黍亚科的新型模式作物,也是重要的粮食作物,对其旗叶功能的研究未见报道。本研究利用甲基磺酸乙酯（ethyl methyl sulfonate,EMS）对谷子品种Yugu1进行诱变,筛选得到了一个稳定遗传的黄叶突变体T182,对其生理生态学机理、突变基因的图位克隆、功能鉴定和作用机理研究阐明了S-腺苷甲硫氨酸合成酶（S-adenosylmethionine synthetase,SAMS）基因在调控谷子旗叶及邻近叶叶绿素合成过程中具有关键作用,通过影响谷子铁的吸收转运和乙烯合成发挥作用。主要结果如下:（1）形态学观察发现T182在拔节后期旗叶至倒5叶叶片逐渐黄化,延续至整个生长后期。进一步分析发现T182中叶绿素含量显著降低,叶绿体膜结构解体,结构异常,突变体变黄后光合能力明显降低。调查农艺性状发现突变体株高、穗长和穗粗相对于野生型Yugu1均显著降低。说明T182突变影响植株上部叶... 

【文章来源】：山东农业大学山东省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
符号说明
中文摘要
Abstract
1 前言
    1.1 叶色突变体的研究进展
        1.1.1 叶色突变体的来源
        1.1.2 叶色突变体的性状表现
            1.1.2.1 叶色的变化
            1.1.2.2 叶绿素的含量
            1.1.2.3 叶绿体的结构
            1.1.2.4 光合特性
        1.1.3 叶色突变形成的因素
            1.1.3.1 环境因素
            1.1.3.2 遗传因素
    1.2 S-腺苷甲硫氨酸合成酶研究进展
        1.2.1 S-腺苷甲硫氨酸合成酶
        1.2.2 SAM在植物中的作用
            1.2.2.1 SAM作为甲基供体参与多个生理过程
            1.2.2.2 SAM参与多胺的合成
            1.2.2.3 SAM参与麦根酸的合成
            1.2.2.4 SAM参与乙烯的合成
    1.3 植物缺铁研究进展
        1.3.1 铁的生物学功能
        1.3.2 植物铁元素的吸收方式
            1.3.2.1 机理Ⅰ吸收机制——还原机制
            1.3.2.2 机理Ⅱ吸收机制——螯合机制
        1.3.3 铁在植物体内的运输
        1.3.4 植物缺铁的表现形式
            1.3.4.1 缺铁的生理影响
            1.3.4.2 缺铁响应基因的表达
    1.4 谷子叶色突变体
    1.5 本研究的意义
2 试验材料与方法
    2.1 试验材料与种植条件
    2.2 农艺性状的调查
    2.3 叶绿素含量的测定
    2.4 光合参数的测定
    2.5 透射电镜观察叶绿体超微结构
    2.6 突变基因的图位克隆
        2.6.1 遗传分析
        2.6.2 谷子叶片DNA的提取
        2.6.3 突变基因的初定位
        2.6.4 突变基因的精细定位
        2.6.5 候选基因的预测与测序
    2.7 生物信息学分析
    2.8 载体的构建
        2.8.1 亚细胞定位载体的构建
        2.8.2 CRISPR-Cas9 载体的构建
        2.8.3 回补载体的构建
    2.9 亚细胞定位分析
    2.10 基因表达检测
        2.10.1 RNA的提取与反转录
        2.10.2 荧光定量PCR
    2.11 铁含量测定
    2.12 水培缺铁试验
    2.13 离体叶片衰老实验
    2.14 转录组分析
3 结果与分析
    3.1 突变体T182 的生理生态特征分析
        3.1.1 T182 的表型特征分析
        3.1.2 T182 突变体影响谷子的农艺性状
        3.1.3 T182 突变体影响谷子的光合作用
        3.1.4 T182 突变体影响谷子的叶绿体结构
    3.2 T182 突变基因的图位克隆
        3.2.1 突变基因的遗传分析
        3.2.2 突变基因的初定位
        3.2.3 突变基因的精细定位
        3.2.4 候选基因的确定
    3.3 基因Seita.3G053400 的生物信息学分析
        3.3.1 同源性分析
        3.3.2 SiSAMS1 序列分析
    3.4 基因功能遗传学验证材料的构建
    3.5 SiSAMS1 表达模式分析
    3.6 SiSAMS1 亚细胞定位
    3.7 SiSAMS1 参与谷子铁的吸收转运
        3.7.1 SiSAMS1 突变对谷子铁含量的影响
        3.7.2 突变体水培缺铁的表型分析
        3.7.3 缺铁响应基因的表达分析
    3.8 SiSAMS1 调控谷子的乙烯响应
    3.9 SiSAMS1 对基因表达的的影响
        3.9.1 差异表达基因鉴定
        3.9.2 差异表达基因GO分类富集分析
        3.9.3 差异表达基因KEGG通路富集分析
4 讨论
    4.1 谷子SiSAMS1 突变对多方面产生影响
    4.2 谷子SiSAMS1 在植株生长后期铁吸收转运中发挥重要作用
    4.3 不同物种中SAMS 基因突变产生不同的表型
5 结论
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米叶色突变体研究进展[J]. 李秦,杜何为.  南方农业. 2019(28)
[2]水稻叶色突变研究进展[J]. 赵绍路,刘凯,宛柏杰,朱静雯,刘艳艳,唐红生,严国红,孙明法.  大麦与谷类科学. 2018(06)
[3]植物S-腺苷甲硫氨酸合成酶的新功能展望[J]. 周琦,郑幸果,何辉煌,康杰,肖海华.  生命的化学. 2017(04)
[4]水稻铁吸收、转运及调控的分子机制研究进展[J]. 郭明欣,郑玲,赵旭升.  遗传. 2017(05)
[5]千里光S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）的结构域与功能位点分析（英文）[J]. 谭昊,文春菊,钱倩,钱刚.  生命科学研究. 2015(03)
[6]水稻糖苷水解酶基因OsBE1在叶绿体发育中的功能[J]. 王兴春,王敏,季芝娟,陈钊,刘文真,韩渊怀,杨长登.  作物学报. 2014(12)
[7]玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因家族成员在盐胁迫条件下的差异表达[J]. 朱晶莹,王寒玉,张晏萌,余爱丽.  核农学报. 2011(03)
[8]水稻白化转绿突变体v13（t）的生理特性和基因定位[J]. 王军,杨杰,陈志德,范方军,朱金燕,杨金欢,仲维功.  中国农业科学. 2011(10)
[9]高等植物体内铁运输机制研究进展[J]. 贾凯,郭长虹.  基因组学与应用生物学. 2010(06)
[10]烟酰胺合成酶基因在植物铁胁迫应答反应中的功能[J]. 王育花,肖国樱.  生命科学研究. 2009(04)

硕士论文
[1]水稻黄绿叶突变体5941ys的遗传分析与基因定位[D]. 吴华林.四川农业大学 2013



本文编号：3032067