【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是目前世界上最主要的糧食作物之一,同時(shí)也是需水量最大的作物,在水稻生產(chǎn)過(guò)程中由淡水資源短缺、地域分布不均以及降雨量季節(jié)分布不均造成的干旱頻發(fā)對(duì)水稻生產(chǎn)的影響也越來(lái)越大。因此研究水稻抗旱機(jī)制、發(fā)展節(jié)水抗旱稻是非常必要的。然而抗旱性受許多基因的調(diào)控,是一個(gè)非常復(fù)雜的性狀,水稻抗旱性的分子機(jī)制尚不清楚。線粒體是植物能量代謝的重要場(chǎng)所,與植物響應(yīng)逆境有很大的關(guān)聯(lián)。前期研究表明水稻線粒體基因的RNA編輯響應(yīng)逆境脅迫,可能在水稻抗旱中有十分重要的作用。因此,有必要研究栽培稻線粒體基因RNA編輯響應(yīng)干旱脅迫的變化及其分子機(jī)制。本研究主要以栽培稻RNA編輯為切入點(diǎn),研究了124份栽培稻地方品種在水、旱條件下的田間表型與31個(gè)線粒體基因426個(gè)RNA編輯位點(diǎn)的編輯效率。同時(shí),利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究了PPR基因家族對(duì)不同激素或逆境脅迫(ABA、PEG、H_2O_2、NaCl)的響應(yīng),并嘗試?yán)萌蚪M關(guān)聯(lián)分析(GWAS)揭示RNA編輯位點(diǎn)與PPR基因之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,取得以下主要結(jié)果:1.與水田條件下相比,旱田條件下栽培稻的農(nóng)藝性狀發(fā)生重大變化,表現(xiàn)為株高、分蘗數(shù)、劍葉寬、單株籽粒數(shù)、產(chǎn)量、收獲指數(shù)和結(jié)實(shí)率等性狀均顯著下降。2.通過(guò)苗期脅迫處理與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)PPR家族基因響應(yīng)激素與多種逆境脅迫:PEG處理?xiàng)l件下有8個(gè)基因表達(dá)上調(diào),56個(gè)基因表達(dá)下調(diào);NaCl處理?xiàng)l件下有6個(gè)基因表達(dá)下調(diào),91個(gè)基因表達(dá)上調(diào);H_2O_2處理?xiàng)l件下有2個(gè)基因表達(dá)下調(diào),34個(gè)基因表達(dá)上調(diào);而在脫落酸(ABA)處理下僅有一個(gè)基因的表達(dá)顯著下調(diào)。由此推測(cè)PPR基因響應(yīng)逆境脅迫可能是非ABA依賴途徑的。3.在31個(gè)線粒體基因檢測(cè)到426個(gè)有效編輯位點(diǎn),都是C-U的變化,其中很大一部分位點(diǎn)發(fā)生編輯會(huì)引起氨基酸的改變。干旱脅迫會(huì)引起編輯效率的變化,總體來(lái)看,干旱脅迫后RNA編輯效率呈上升趨勢(shì),旱田中的平均編輯效率為0.41±0.25,水田中的平均編輯效率為0.37±0.25。4.以基因?yàn)閱挝?同一線粒體基因上編輯位點(diǎn)的編輯效率及其變化具有高度相關(guān)性,推測(cè)鄰近編輯位點(diǎn)的RNA編輯由相同的PPR基因控制。5.研究發(fā)現(xiàn)RNA編輯效率與田間表型具有相關(guān)性。其中,水田條件下不同位點(diǎn)的RNA編輯效率通常與百粒重、生物量、結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量、收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與劍葉長(zhǎng)、劍葉寬及株高呈正相關(guān)關(guān)系的。在旱田條件下,大部分編輯位點(diǎn)與相對(duì)含水量、百粒重與呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與生物量、分蘗數(shù)、結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量、收獲指數(shù)、株高呈正相關(guān)關(guān)系。這一結(jié)果部分解釋了植物抗旱性與其生長(zhǎng)、生產(chǎn)之間的平衡。6.根據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析,總共發(fā)現(xiàn)了320個(gè)RNA編輯位點(diǎn)-PPR基因的對(duì)應(yīng)關(guān)系。存在同一個(gè)PPR基因可以調(diào)控多個(gè)位點(diǎn)的RNA編輯或一個(gè)RNA編輯位點(diǎn)受多個(gè)PPR基因調(diào)控的情況,表明栽培稻線粒體基因RNA編輯響應(yīng)逆境脅迫是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。最終確定2個(gè)PPR候選基因:LOC_Os06g08660與LOC_Os08g15090,然后構(gòu)建敲除載體克隆轉(zhuǎn)化,目前已獲得T0代植株,為后續(xù)研究PPR基因與線粒體基因的RNA編輯對(duì)抗旱性的影響提供了材料。綜上所述,栽培稻可以通過(guò)PPR基因調(diào)節(jié)線粒體基因的RNA編輯,影響栽培稻在干旱脅迫下的能量代謝,從而對(duì)其農(nóng)藝表型與抗旱性產(chǎn)生重要影響。但線粒體基因RNA編輯在栽培稻抗旱性中的作用需要通過(guò)本研究創(chuàng)制的PPR基因突變體進(jìn)行后續(xù)研究。
【圖文】：

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士研究生學(xué)位論文序被發(fā)現(xiàn)，該基序第一和第二螺旋分別與 P1 和 S1 基序類似，并伴隨其它 S 基序一起出現(xiàn)。除了新發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)基序外，研究人員也對(duì)原先 PLS 類型 C 末端結(jié)構(gòu)域 E、E+、DYW 進(jìn)行了重新定義，并增加了 E1 和 E2 兩個(gè)新基序，它們位于S2 繼續(xù)之后，包含 34 個(gè)氨基酸殘基。因此，重新定義的結(jié)構(gòu)域有 P1、P2、L1、L2、E1、E2、DYW、S1、S2、SS，并且對(duì)其結(jié)構(gòu)圖也在 Lurin 等人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了更改擴(kuò)充，可以更清楚地看出各基序的排列方式，有助于后續(xù)研究。

PPR 基因介導(dǎo)的線粒體基因 RNA 編輯在栽培稻抗旱性中的作用初探line)實(shí)線表示旱田，虛線表示正常水田條件：a)株高（cm），b)分蘗數(shù)，c)劍葉長(zhǎng)（cm），d)劍葉寬（cm），，粒數(shù)，f)百粒重（g），g)單株產(chǎn)量（g），h)地上部分生物量，i)收獲指數(shù)，j)結(jié)實(shí)率，k)相對(duì)含（%），l)相對(duì)產(chǎn)量。*、**和***分別表示獨(dú)立樣本 t 檢驗(yàn)下 p<0.05，p<0.01 和 p<0.001 水平上顯關(guān) Note：a) Plant height (cm). b) Number of tillers. C) Length of flag leaf (cm). d)Width of flag leaf (cmumber of grains. f) 100-grain weight (g). g) Grain yield (g). h) Above-ground biomass (g). i) Harvesx. j) Seed-setting rate. k) Relative water content (%). l) Relative grain yield. “*”, “**”, and “***” indicatficance at levels of p<0.05, p<0.01, and p<0.001 by independent t-test 作物在生長(zhǎng)發(fā)育和抗旱性之間存在 tradeoff田間不同表型之間進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)水田條件下，以抗旱性指數(shù)（DT，產(chǎn)量抗旱性與許多產(chǎn)量組成性狀如分蘗數(shù)（NT）、單株籽粒數(shù)（NG）、量（GY）、收獲指數(shù)（HI）及結(jié)實(shí)率（SR）等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明作物發(fā)育和抗旱性之間存在 tradeoff。ght-treated (left columns in straight line) and well-watered (right columns in dashed
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S511

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