【摘要】：水稻是重要的糧食作物,是全球近一半人口的主食。隨著人口的不斷增長,水稻產(chǎn)量的需求也在不斷增長。水稻產(chǎn)量是一個復雜的性狀,由單位面積的有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重等構(gòu)成,其中每穗實粒數(shù)對產(chǎn)量貢獻最大。植株形態(tài)主要包括株高、分蘗角、葉片夾角和穗形態(tài),其中分蘗角是理想株型的重要組成部分,決定單位面積的有效穗數(shù),從而影響產(chǎn)量。激素調(diào)控植物生長發(fā)育,影響植株形態(tài)。生長素通過極性運輸、橫向運輸和在韌皮部進行的非極性被動運輸?shù)确绞皆谥参矬w內(nèi)完成濃度梯度的分布。生長素的信號途徑則以依賴泛素化的SCFTIR1/AFBs-Aux/IAAs-ARFs反應流程為核心。細胞分裂素與生長素發(fā)生拮抗作用,共同參與植物生長發(fā)育多個階段的調(diào)控,細胞分裂素和生長素最適濃度的維持有利于作物的增產(chǎn)。在轉(zhuǎn)基因過程中我們得到了一個晚花突變體,其一次枝梗數(shù)、每穗穎花數(shù)增多,谷粒變小,最終產(chǎn)量得到了顯著提高。我們基于突變體材料,對穗形發(fā)育開展細胞學水平,轉(zhuǎn)錄水平和生理水平的系列分析,得到了如下研究結(jié)果:1.通過側(cè)翼序列分離,表達量檢測,我們發(fā)現(xiàn)該突變體是由于超表達載體轉(zhuǎn)基因偶然插入OsAFB6基因的啟動子區(qū)域,從而造成OsAFB6基因超表達,而非原目的基因異位超表達造成。2.OsAFB6基因啟動子區(qū)間含有光和生長素響應元件,其傾向于在幼嫩的莖端分生組織、穎花原基和生殖器官(柱頭和子房)中表達。在光照條件的誘導下,該基因表達量上升。3.RNA-seq以及q RT-PCR表明分析,OsAFB6超表達突變體在長短日照條件下均能抑制光周期基因Ehd1、成花素基因RFT1和Hd3a,從而在長短日照下分別延遲開花約22天和12天,增產(chǎn)都達到50%以上。并發(fā)現(xiàn)OsAFB6參與了生長素運輸、信號途徑以及細胞分裂素途徑的調(diào)控。其中包括OsAFB6超表達突變體中,細胞分裂素氧化酶基因Gn1a的下調(diào),從而減少了細胞分裂素的降解。4.顯微切片和掃描電鏡技術分析發(fā)現(xiàn)OsAFB6超表達突變體通過增大穗頸節(jié)直徑,增多維管束數(shù)目,增強同化物運輸。幼穗生長素和細胞分裂素濃度的測定表明,OsAFB6超表達使幼穗中細胞分裂素濃度上升,生長素濃度下降。這一結(jié)果在激素水平合理解釋了為什么突變體一次枝梗數(shù)目增加,每穗穎花數(shù)增加。5.在一定范圍內(nèi),OsAFB6基因不同程度的表達量提高,會造成不同程度的開花期延遲和產(chǎn)量增長。因此在將來的高產(chǎn)育種過程中,育種家們可以構(gòu)建一系列具有不同OsAFB6基因表達量的家系,選擇生育期最合適的家系用于不同種植區(qū)域,使水稻充分利用當?shù)刈匀还鉁刭Y源,谷物產(chǎn)量最大化。在另一個研究中,我們在轉(zhuǎn)基因時得到了一個大分蘗角度lazy形態(tài)的突變體,基于突變體材料和自然群體,利用各種生物學、生物信息學和遺傳學方法,在LAZY1基因調(diào)控分蘗角功能研究中得到如下結(jié)果:1.我們在轉(zhuǎn)基因后代發(fā)現(xiàn)匍匐生長的單株,但是TAIL-PCR分析并未得到側(cè)翼序列,而很可能是在組織培養(yǎng)過程中LAZY1產(chǎn)生了突變。比較測序發(fā)現(xiàn),與野生型日本晴對照相比,突變體材料的LAZY1基因最后一個外顯子及其前后內(nèi)含子和3’非翻譯區(qū)部分序列缺失了268-bp片段,導致LAZY1基因功能喪失,從而產(chǎn)生匍匐生長表型。2.LAZY1基因啟動子區(qū)間含有多個光響應順式元件,它在暗條件下表達更為強烈。LAZY1具有在胚芽、幼苗和營養(yǎng)生長時期的莖等分生活躍的部位高表達的表達模式。3.根據(jù)對LAZY1共表達基因的分析,以及對其突變體材料中相關基因的表達量檢測,我們發(fā)現(xiàn)LAZY1調(diào)控多個生長素相關基因,其中包括生長素快速應答基因和生長素運輸載體基因。因此,LAZY1基因可能參與了生長素的運輸和信號途徑。4.對529份栽培稻,446份野生稻和我們補測的28份野生稻的LAZY1序列進行分析,我們發(fā)現(xiàn)在栽培稻和野生稻中均存在廣泛的自然變異,LAZY1序列的所有In Del變異都不造成移碼,也沒有SNP造成翻譯的提前終止,因此,自然材料中不存在功能缺失的等位基因。第三個外顯子一段23-bp與17-bp序列之間的變化(包括兩個3-bp In Del和2個SNPs)與水稻的分蘗角度存在顯著關聯(lián),這種變異可能形成LAZY1功能強弱不同的等位基因型。即使在幾個匍匐生長的野生稻材料中,也沒檢測到無功能的LAZY1。因此,我們認為在包括野生稻的自然資源里,LAZY1基因僅僅是通過強弱基因型對水稻的分蘗角度進行一定程度的調(diào)控。
【圖文】：

圖 1 為高產(chǎn)設計的小麥理想株型(Donald 1968)。 basic wheat ideotype, designed to give a high grain yield (Donald 1968).株形態(tài)就受到廣泛的關注和研究。育種學家也提出了水稻理想蘗數(shù)目較少且沒有無效穗，，單株谷粒增多，莖稈粗壯而短�。�

圖 2 半矮稈和對照材料的表型（綠色革命基因）(Monna et al 2002)。ture of semidwarf rice plant and control plant (green revolution gene) (Mon2002).，其他株高基因也相繼被克隆：D1 基因編碼 GTP 結(jié)合蛋白(G 蛋
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

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相關博士學位論文 前1條

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本文編號：2688866