【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)作為單子葉模式植物,其功能基因組學(xué)是世界科學(xué)家研究的熱點。葉色突變頻率高,表型易于鑒定,已成為研究植物光合作用,葉綠素生物合成、降解,葉綠體的發(fā)育、結(jié)構(gòu)、功能、遺傳分化與調(diào)控的理想材料。以粳稻品種早香粳中發(fā)現(xiàn)的白條紋葉白穗天然突變體wp4為研究對象,對其進行了詳細的生理學(xué)、細胞學(xué)和遺傳學(xué)研究。結(jié)果表明wp4苗期葉片為白條紋狀,分蘗期逐漸轉(zhuǎn)綠。孕穗期劍葉、劍葉鞘出現(xiàn)嚴(yán)重白條紋,抽穗后突變體幼穗嚴(yán)重白化,但是成熟后發(fā)現(xiàn)育性正常;株高、穗粒數(shù)、單株產(chǎn)量顯著低于野生型,而抽穗期、分蘗數(shù)及千粒重等性狀與野生型無明顯差異。葉綠素測定發(fā)現(xiàn),wp4苗期葉片,幼穗、劍葉、劍葉鞘葉綠素含量顯著低于野生型。突變體劍葉的凈光合速率也明顯低于野生型。對劍葉及幼穗細胞中葉綠體顯微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn),突變體細胞中葉綠體數(shù)目顯著下降,部分細胞中葉綠體發(fā)育不良或無葉綠體。突變體wp4與秈稻品種南京11、培矮64及粳稻品種日本晴的雜種F1葉片及幼穗顏色都表現(xiàn)正常,其F2群體中正常與白穗單株都出現(xiàn)3:1分離,表明wp4白穗性狀符合單隱性基因控制的遺傳規(guī)律。利用從wp4與南京11衍生的F2群體中挑選出來的2937株白穗突變體表型單株,將突變體基因定位在第八染色體標(biāo)記dCAPS8-4與Z29之間8.65 Kb的區(qū)域內(nèi)�；蝾A(yù)測發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)只包含1個ORF(OsAK1),其編碼蛋白為一個腺苷酸激酶(Adenylate kinase)。在突變體中的OsAK1表達量明顯低于其野生型,但是序列比對發(fā)現(xiàn)wp4與野生型在OsAK1區(qū)域及整個8.65kb內(nèi),核苷酸沒有差異。利用Ubi啟動子驅(qū)動OsAK1基因cDNA及基因組DNA轉(zhuǎn)化到wp4中,轉(zhuǎn)基因植株都能恢復(fù)類似野生型的正常表型,因此說明OsAK1就是WP4基因。組織表達顯示OsAK1在植物各個器官中都有表達,特別是在綠色組織中表達較高。亞細胞定位發(fā)現(xiàn)OsAK1編碼蛋白定位在葉綠體中。Real time RT-PCR分析發(fā)現(xiàn)很多葉色與光合作用相關(guān)基因在wp4中下調(diào),該結(jié)果說明OsAK1調(diào)控著水稻葉片葉綠素的合成與光合作用。本研究結(jié)果初步闡明了WP4調(diào)控水稻葉綠素合成、葉綠體發(fā)育及光合作用的分子機理。
[Abstract]:Rice (Oryza sativa L.) As a monocotyledonous model plant, its functional genomics is a hot topic in the world. Leaf color mutation frequency is high, phenotype is easy to identify, it has become an ideal material to study photosynthesis, chlorophyll biosynthesis, degradation, chloroplast development, structure, function, genetic differentiation and regulation. The white striped leaf white ear mutants (wp4) found in japonica rice variety Zaoxiang japonica were studied in detail in physiology, cytology and genetics. The results showed that the leaves of wp4 were white striped at seedling stage and turned green gradually at tillering stage. At booting stage, serious white stripes appeared in the flag leaf sheath, and the young spikelets of the mutant after heading were albino seriously, but the fertility of the mutant was normal after maturation. The plant height, grain number per spike and yield per plant were significantly lower than those of wild type, but there was no significant difference between wild type and heading stage, tiller number and 1000-grain weight. Chlorophyll content of leaf, young ear and flag leaf sheath in seedling stage of wp4 was significantly lower than that in wild type. The net photosynthetic rate of the mutant flag leaf was also significantly lower than that of the wild type. The microstructures of chloroplasts in flag leaves and young panicle cells were observed. It was found that the number of chloroplasts in mutant cells decreased significantly, while chloroplast development in some cells was hypoplastic or no chloroplast was found. The color of leaves and young panicles of hybrid F1 of wp4 and indica rice varieties Nanjing 11, Pei'ai 64 and japonica rice Nippon Qing were normal, and 3:1 segregation was observed between normal and white panicle plants in F2 population. The results showed that the white ear character of wp4 was consistent with the genetic rule controlled by single recessive gene. Using 2937 white spike mutants selected from F2 population derived from wp4 and Nanjing 11, the mutant gene was located in the region of 8.65 Kb between dCAPS8-4 and Z29 on chromosome 8. Gene prediction found that there was only one ORF (OsAK1) in the region, which encoded an adenylate kinase (Adenylate kinase). The expression of OsAK1 in the mutant was significantly lower than that in the wild type, but sequence alignment showed that there was no difference in nucleotide between wp4 and wild type in the OsAK1 region and in the whole 8.65kb. The transformation of OsAK1 gene cDNA and genomic DNA into wp4 by Ubi promoter could restore the normal phenotype similar to wild type in transgenic plants. Therefore, OsAK1 is WP4 gene. Tissue expression showed that OsAK1 was expressed in all plant organs, especially in green tissues. Subcellular localization revealed that OsAK1 encoded protein was located in chloroplasts by. Real time RT-PCR analysis and many leaf color and photosynthesis related genes were down-regulated in wp4. The results suggested that OsAK1 regulated chlorophyll synthesis and photosynthesis in rice leaves. In this study, the molecular mechanism of WP4 regulating chlorophyll synthesis, chloroplast development and photosynthesis in rice was preliminarily elucidated.
【學(xué)位授予單位】：浙江農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511

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本文編號：2369945