【摘要】：水稻是人類(lèi)重要的糧食作物之一,同時(shí)在單子葉植物和禾本科作物的研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Fruit-Weight2.2(FW2.2)基因最早在西紅柿中被克隆,該基因能夠控制果實(shí)重量。本實(shí)驗(yàn)組之前已經(jīng)克隆水稻中Fruit-Weight2.2-Like(FWL)家族基因8個(gè),并將其命名為OsFWL1~8,其中,OsFWL3缺失突變會(huì)增加種子的長(zhǎng)度和重量,OsFWL5能調(diào)控植株高度。有研究報(bào)道,OsFWL5還參與調(diào)控種子重量及金屬轉(zhuǎn)運(yùn)。然而,OsFWL家族基因在水稻中是否還有其他生物學(xué)功能,至今鮮有報(bào)道。本研究重點(diǎn)對(duì)水稻FWL家族基因中OsFWL1、OsFWL4和OsFWL7 3個(gè)基因的功能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)它們?cè)谒旧L(zhǎng)發(fā)育,鎘(Cd)轉(zhuǎn)運(yùn)及葉片衰老等方面發(fā)揮著重要的作用,主要結(jié)果如下:1.OsFWL1主要在根系、葉鞘、莖和穎殼中表達(dá),其上調(diào)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致水稻植株矮化和分蘗數(shù)減少,其缺失突變會(huì)促使植株高度增加、種子變寬。進(jìn)一步研究表明,OsFWL1能夠被細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá);細(xì)胞分裂素合成通路相關(guān)基因Os IPT7在OsFWL1超量表達(dá)植株中下調(diào)表達(dá),在OsFWL1 T-DNA插入突變體osfwl1植株中上調(diào)表達(dá)。在細(xì)胞分裂素的處理下,osfwl1植株表現(xiàn)更敏感,其植株根系和地上部分長(zhǎng)度顯著變短。以上結(jié)果表明,OsFWL1調(diào)控水稻植株的高度、種子粒型和分蘗數(shù),其調(diào)控機(jī)理可能與細(xì)胞分裂素信號(hào)路徑有關(guān)。2.OsFWL4在根系、葉片和葉鞘等組織中均有較高的表達(dá)。經(jīng)過(guò)Cd處理,雖然OsFWL4干涉植株在根長(zhǎng)、地上部分長(zhǎng)以及鮮重沒(méi)有顯著差異,但是其地上部分的Cd含量顯著降低,且Cd從根向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)速率顯著低于野生型。此外,通過(guò)測(cè)定OsFWL4干涉植株和野生型植株的根,地上部分以及種子中的其它金屬元素含量發(fā)現(xiàn),OsFWL4干涉植株地上部分和種子中Mn的含量要顯著低于野生型。以上結(jié)果表明,OsFWL4可能參與調(diào)控金屬離子從根到地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)。3.OsFWL7在根、穎殼、葉片和莖等組織中均有表達(dá),而且OsFWL7在葉片的表達(dá)會(huì)隨著葉齡的增加而升高,同一時(shí)期其在葉尖的表達(dá)要高于葉中部及基部。相比野生型(TNs)水稻,OsFWL7超量表達(dá)植株的高度、莖節(jié)長(zhǎng)度、穗長(zhǎng)以及百粒重均顯著減少,且表現(xiàn)出明顯的早衰現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)超量表達(dá)材料莖節(jié)的石蠟切片觀(guān)察及統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),其莖節(jié)長(zhǎng)度減少的原因是細(xì)胞數(shù)目減少。此外,超量表達(dá)家系葉片的光合作用效率、Fv/Fm、葉綠素含量均顯著低于TNs。葉綠體的超微結(jié)構(gòu)及相關(guān)生理試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),抽穗第24 d,超量表達(dá)家系葉片的葉綠體中基粒內(nèi)囊體數(shù)目減少,且出現(xiàn)大量的質(zhì)體小球;第54 d,葉綠體幾乎完全解體,活性氧物質(zhì)(ROS)在超量表達(dá)植株葉片中大量積累;而且超量表達(dá)家系植株葉片的細(xì)胞死亡率顯著高于TNs。在超量表達(dá)植株中,正調(diào)控衰老基因Osh69和Os I57的表達(dá)量都有上調(diào),負(fù)調(diào)控衰老基因Os DOS的表達(dá)量下調(diào);此外,正調(diào)控葉綠素降解基因Os NYC1、Os NYC3、Os RCCR1、Os PAO和Os NOL的表達(dá)量都顯著上調(diào)。以上結(jié)果均表明,OsFWL7可能通過(guò)參與光合作用及抗氧化系統(tǒng)調(diào)控葉片早衰,同時(shí)影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育。為了更深入地研究OsFWL7調(diào)控葉片衰老的機(jī)理,我們對(duì)TNs植株和超量表達(dá)材料進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。上調(diào)表達(dá)的差異基因主要富集在小分子、有機(jī)酸和碳水化合物代謝等生物過(guò)程中,而且對(duì)滲透壓、重金屬鎘和鹽脅迫有響應(yīng);在分子功能方面,主要富集在水解酶和分解酶活性中。下調(diào)差異基因主要富集在光合作用過(guò)程、三磷酸甘油醛代謝過(guò)程、類(lèi)異戊二烯合成和代謝過(guò)程、NADP代謝過(guò)程、異戊希二磷酸合成和代謝過(guò)程、葡萄糖磷酸代謝過(guò)程等生物過(guò)程。差異基因KEGG富集分析發(fā)現(xiàn),上調(diào)差異基因主要富集在脂肪酸降解和α-亞麻酸代謝等途徑;下調(diào)差異基因主要富集在光合作用、葉綠素代謝以及類(lèi)胡蘿卜素合成等途徑。轉(zhuǎn)錄組分析的結(jié)果為后期更深入地研究OsFWL7調(diào)控葉片早衰的機(jī)理提供了參考和方向。此外,酵母c DNA文庫(kù)初步篩選到22個(gè)與OsFWL7互作的蛋白。OsFWL7超量表達(dá)植株種子的發(fā)芽率低,且幼苗的根長(zhǎng)和地上部分長(zhǎng)度顯著變短,生長(zhǎng)明顯受到抑制。OsFWL7被茉莉酸誘導(dǎo)后表達(dá)量上調(diào),經(jīng)過(guò)不同濃度茉莉酸甲酯(Me JA)處理后,OsFWL7超量表達(dá)植株比TNs對(duì)Me JA耐受性更強(qiáng)。在轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植株中(TPs),茉莉酸合成通路上相關(guān)基因Os LOX8、Os AOC1和Os OPR1的表達(dá)量顯著上調(diào)。以上結(jié)果表明,OsFWL7可能通過(guò)茉莉酸信號(hào)路徑調(diào)控植株葉片的衰老。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S511
【圖文】：

2.2-Like 基因研究概述2.2 基因功能研究fw2.2）基因最早在番茄中借助圖位克隆的方法色體 TG91 和 TG167 兩個(gè)分子標(biāo)記附近（圖 1和大小，故命名為 fruit weight2.2（fw2.2）（Al解釋兩個(gè)定位群體 30%-47%的表型變異（Alper2.2 通過(guò)負(fù)調(diào)控心皮細(xì)胞的數(shù)量調(diào)控番茄果實(shí)的番茄 ORF 中編碼序列雖然沒(méi)有差異，但其表達(dá)是導(dǎo)致番茄果實(shí)大小不同的原因（Cong et a

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆博士研究生學(xué)位（畢業(yè)）論文亞細(xì)胞定位表明，F(xiàn)W2.2 是一個(gè)細(xì)胞膜蛋白，結(jié)合酵母雙雜交技術(shù)已找到與2.2 發(fā)生互作的蛋白（圖 1-2），該蛋白為酪蛋白激酶 II（CKII）調(diào)節(jié)亞基的同源白（Cong and Tanksley 2006）。CKII 同源蛋白缺失會(huì)導(dǎo)致擬南芥角果變短，且影植物細(xì)胞周期的信號(hào)傳導(dǎo)（Espunya et al 1999, Moreno-Romero et al 2008）。因此，2.2 可能是通過(guò) CKII 參與細(xì)胞周期調(diào)控來(lái)控制番茄果實(shí)的重量和大小。

圖 1-3 部分物種中 FWL 基因的進(jìn)化關(guān)系（Guo et al 2010）Fig. 1-3 Evolutionary relationships of FWL genes in partial species圖 1-4 FWL 的基因結(jié)構(gòu)和其編碼蛋白的核心結(jié)構(gòu)（Libault and Stacey 2010）Fig. 1-4 FWL gene structure and its encoded protein core motif物種 FWL 基因的功能研究被報(bào)道，這也充分說(shuō)明 FWL 基因在植物的揮著重要作用。有研究表明，擬南芥中有一個(gè)FWL基因AtPCR1（Arabid

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 熊文濤;水稻OsFWL家族部分基因的生物學(xué)功能研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2834451