利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制水稻抽穗期突变体
发布时间：2021-02-16 01:51
水稻（Oryza sativa L）抽穗期是和水稻产量密切相关的农艺性状,由品种遗传特性决定,是水稻生长发育过程中由营养生长过渡到生殖生长的关键时期,对环境变化（温度、光照）的响应十分敏感。近几十年来关于抽穗的基因陆续被挖掘出来,然而在不同的遗传背景下很难对比出这些基因的表型效应。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和分子标记辅助选择在野生型粳稻品种Sasanishiki的遗传背景下编辑了14个抽穗期突变体。本研究调查了光周期敏感性,抽穗时间和产量相关性状之间的关系。主要研究结果如下:（1）研究发现晚抽穗与长生育期有关,而长生育期又与较大的生物量有关,这可能会保证较高的产量。所有的早抽穗突变体都降低了产量,这与基本营养生长期不充足会显著降低产量有关。产量随着抽穗时间的增加而提高,但是一旦到达峰值,生物量随着抽穗期的增加而增加,但是产量开始下降。（2）突变体对抽穗时间和产量相关性状方面的影响有显著差异,研究结果表明,感光性基因突变体由于缩短了营养生长期,严重影响了水稻的株高和生物量,进而影响产量。双突变体即使与单突变体抽穗期相似,但产量也有显著降低。在实际应用中可利用不同基因的不...
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sasanishiki及相关品种的血缘关系
2利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建抽穗期突变体24图2-2Sasanishiki和Nipponbare的Hd1基因序列差异区域示意图Fig.2-2TheschematicmapofthegenomicregionsofHd1inSasanishikiandNipponbare表2-110个抽穗期相关基因及其对水稻抽穗期的响应特点Table2-1Detailsofthetargetgenesmodifiedinthisstudy基因分子功能突变效应功能型参考文献GenesMolecularfunctionMutanteffectFunctionReferencesSe13光敏色素合成酶失去感光性FYoshitakeetal.(2015)PhyB同光敏色素B功能类似失去感光性FIshikawaetal.(2011)Se14合成JMJC蛋白降低感光性FYokooetal.(2014)Hd3a成花素延迟抽穗并减少分蘖FKomiyaetal.(2003)Ef7拟南芥ELF3同源蛋白延长营养生长期FSaitoetal.(2012)RFT1成花素延迟抽穗FKomiyaetal.(2003)Ehd1B型反应调节因子延长营养生长期FDoietal.(2004)Hd1拟南芥CONSTANS同源蛋白减弱感光性NYanoetal.(2000)Ghd7CCT结构蛋白减弱感光性FXueetal.(2008)Dth8HAP3亚基减弱感光性FWeietal.(2010)注：F和N分别表示功能型(F)和非功能型(N)等位基因。Note:FandNrepresentfunctional(F)andnonfunctional(N)alleles,respectively.2.2.2利用CRISPR/Cas9技术编辑10个抽穗期基因突变体为了明确抽穗期基因对水稻生育期和产量构成因素的作用，本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对10个抽穗期主要基因进行了基因编辑（表2-1），并成功筛选到带有突变基因的10个抽穗期纯合突变体（Li等,2017）。为了研究T0代的基因突变效率，对每个突变体的20个单株进行DNA提取，并利用Sanger测序法检测序。测序结果中的单峰为纯合突变，双峰为杂合突变（附录2）。结果显示200株T0代植株中共有100个植株发生了突变，平均突变效率为50%，其中T0代植株突变效率最低为35%，最高可达到70%?
2利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建抽穗期突变体26图2-3CRISPR/cas9诱导的抽穗相关基因单突变体及其表型Fig.2-3CRISPR/Cas9-inducedsingleheadingtime-relatedmutantsandtheirphenotype图像右侧为抽穗期基因突变区域及向导RNA（sgRNA）靶位图以及野生型(WT)与突变体的序列比对；箭头表示抽出的穗；这些图像是在每个突变体或WT抽穗时拍摄，比例尺为20cm
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水稻育种发展现状、展望及对策[J]. 周正平,占小登,沈希宏,曹立勇. 中国稻米. 2019(05)
[2]CRISPR/Cas植物基因组编辑技术研究进展[J]. 刘耀光,李构思,张雅玲,陈乐天. 华南农业大学学报. 2019(05)
[3]水稻抽穗期分子调控研究进展[J]. 蒋丹,洪广成,陈倩,刘石锋,秦小健. 分子植物育种. 2019(21)
[4]水稻开花光周期调控相关基因研究进展[J]. 孔德艳,陈守俊,周立国,高欢,罗利军,刘灶长. 遗传. 2016(06)
[5]水稻开花期调控分子机理研究进展[J]. 徐铨,奥本裕,王晓雪. 植物遗传资源学报. 2014(01)
[6]水稻抽穗期遗传与分子调控机理研究进展[J]. 胡时开,苏岩,叶卫军,郭龙彪. 中国水稻科学. 2012(03)
[7]水稻重要农艺性状的两年QTL剖析[J]. 郭龙彪,罗利军,邢永忠,徐才国,梅捍卫,王一平,钟代彬,钱前,应存山,石春海. 中国水稻科学. 2003(03)
[8]晚稻早穗原因及其防止措施[J]. 苗昌泽. 安徽农业. 2001(06)
博士论文
[1]水稻中调控抽穗期的关键基因OsCOL13的克隆与生化分析[D]. 盛培科.湖南大学 2016
本文编号：3035926
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sasanishiki及相关品种的血缘关系
2利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建抽穗期突变体24图2-2Sasanishiki和Nipponbare的Hd1基因序列差异区域示意图Fig.2-2TheschematicmapofthegenomicregionsofHd1inSasanishikiandNipponbare表2-110个抽穗期相关基因及其对水稻抽穗期的响应特点Table2-1Detailsofthetargetgenesmodifiedinthisstudy基因分子功能突变效应功能型参考文献GenesMolecularfunctionMutanteffectFunctionReferencesSe13光敏色素合成酶失去感光性FYoshitakeetal.(2015)PhyB同光敏色素B功能类似失去感光性FIshikawaetal.(2011)Se14合成JMJC蛋白降低感光性FYokooetal.(2014)Hd3a成花素延迟抽穗并减少分蘖FKomiyaetal.(2003)Ef7拟南芥ELF3同源蛋白延长营养生长期FSaitoetal.(2012)RFT1成花素延迟抽穗FKomiyaetal.(2003)Ehd1B型反应调节因子延长营养生长期FDoietal.(2004)Hd1拟南芥CONSTANS同源蛋白减弱感光性NYanoetal.(2000)Ghd7CCT结构蛋白减弱感光性FXueetal.(2008)Dth8HAP3亚基减弱感光性FWeietal.(2010)注：F和N分别表示功能型(F)和非功能型(N)等位基因。Note:FandNrepresentfunctional(F)andnonfunctional(N)alleles,respectively.2.2.2利用CRISPR/Cas9技术编辑10个抽穗期基因突变体为了明确抽穗期基因对水稻生育期和产量构成因素的作用，本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对10个抽穗期主要基因进行了基因编辑（表2-1），并成功筛选到带有突变基因的10个抽穗期纯合突变体（Li等,2017）。为了研究T0代的基因突变效率，对每个突变体的20个单株进行DNA提取，并利用Sanger测序法检测序。测序结果中的单峰为纯合突变，双峰为杂合突变（附录2）。结果显示200株T0代植株中共有100个植株发生了突变，平均突变效率为50%，其中T0代植株突变效率最低为35%，最高可达到70%?
2利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建抽穗期突变体26图2-3CRISPR/cas9诱导的抽穗相关基因单突变体及其表型Fig.2-3CRISPR/Cas9-inducedsingleheadingtime-relatedmutantsandtheirphenotype图像右侧为抽穗期基因突变区域及向导RNA（sgRNA）靶位图以及野生型(WT)与突变体的序列比对；箭头表示抽出的穗；这些图像是在每个突变体或WT抽穗时拍摄，比例尺为20cm
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水稻育种发展现状、展望及对策[J]. 周正平,占小登,沈希宏,曹立勇. 中国稻米. 2019(05)
[2]CRISPR/Cas植物基因组编辑技术研究进展[J]. 刘耀光,李构思,张雅玲,陈乐天. 华南农业大学学报. 2019(05)
[3]水稻抽穗期分子调控研究进展[J]. 蒋丹,洪广成,陈倩,刘石锋,秦小健. 分子植物育种. 2019(21)
[4]水稻开花光周期调控相关基因研究进展[J]. 孔德艳,陈守俊,周立国,高欢,罗利军,刘灶长. 遗传. 2016(06)
[5]水稻开花期调控分子机理研究进展[J]. 徐铨,奥本裕,王晓雪. 植物遗传资源学报. 2014(01)
[6]水稻抽穗期遗传与分子调控机理研究进展[J]. 胡时开,苏岩,叶卫军,郭龙彪. 中国水稻科学. 2012(03)
[7]水稻重要农艺性状的两年QTL剖析[J]. 郭龙彪,罗利军,邢永忠,徐才国,梅捍卫,王一平,钟代彬,钱前,应存山,石春海. 中国水稻科学. 2003(03)
[8]晚稻早穗原因及其防止措施[J]. 苗昌泽. 安徽农业. 2001(06)
博士论文
[1]水稻中调控抽穗期的关键基因OsCOL13的克隆与生化分析[D]. 盛培科.湖南大学 2016
本文编号：3035926
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/3035926.html
教材专著
