【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是目前世界上最主要的糧食作物之一,同時也是需水量最大的作物,在水稻生產(chǎn)過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)對水稻生產(chǎn)的影響也越來越大。因此研究水稻抗旱機制、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,是一個非常復(fù)雜的性狀,水稻抗旱性的分子機制尚不清楚。線粒體是植物能量代謝的重要場所,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制。本研究主要以栽培稻RNA編輯為切入點,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個線粒體基因426個RNA編輯位點的編輯效率。同時,利用轉(zhuǎn)錄組測序研究了PPR基因家族對不同激素或逆境脅迫(ABA、PEG、H_2O_2、NaCl)的響應(yīng),并嘗試利用全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)揭示RNA編輯位點與PPR基因之間的對應(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)實率等性狀均顯著下降。2.通過苗期脅迫處理與轉(zhuǎn)錄組測序分析,發(fā)現(xiàn)PPR家族基因響應(yīng)激素與多種逆境脅迫:PEG處理條件下有8個基因表達上調(diào),56個基因表達下調(diào);NaCl處理條件下有6個基因表達下調(diào),91個基因表達上調(diào);H_2O_2處理條件下有2個基因表達下調(diào),34個基因表達上調(diào);而在脫落酸(ABA)處理下僅有一個基因的表達顯著下調(diào)。由此推測PPR基因響應(yīng)逆境脅迫可能是非ABA依賴途徑的。3.在31個線粒體基因檢測到426個有效編輯位點,都是C-U的變化,其中很大一部分位點發(fā)生編輯會引起氨基酸的改變。干旱脅迫會引起編輯效率的變化,總體來看,干旱脅迫后RNA編輯效率呈上升趨勢,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.以基因為單位,同一線粒體基因上編輯位點的編輯效率及其變化具有高度相關(guān)性,推測鄰近編輯位點的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的RNA編輯效率通常與百粒重、生物量、結(jié)實率、單株產(chǎn)量、收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀呈負相關(guān)關(guān)系,而與劍葉長、劍葉寬及株高呈正相關(guān)關(guān)系的。在旱田條件下,大部分編輯位點與相對含水量、百粒重與呈負相關(guān)關(guān)系,與生物量、分蘗數(shù)、結(jié)實率、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、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RNA編輯位點-PPR基因的對應(yīng)關(guān)系。存在同一個PPR基因可以調(diào)控多個位點的RNA編輯或一個RNA編輯位點受多個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)逆境脅迫是一個復(fù)雜的過程。最終確定2個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編輯對抗旱性的影響提供了材料。綜上所述,栽培稻可以通過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本研究創(chuàng)制的PPR基因突變體進行后續(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)的幾個基序外，研究人員也對原先 PLS 類型 C 末端結(jié)構(gòu)域 E、E+、DYW 進行了重新定義，并增加了 E1 和 E2 兩個新基序，它們位于S2 繼續(xù)之后，包含 34 個氨基酸殘基。因此，重新定義的結(jié)構(gòu)域有 P1、P2、L1、L2、E1、E2、DYW、S1、S2、SS，并且對其結(jié)構(gòu)圖也在 Lurin 等人的基礎(chǔ)上進行了更改擴充，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（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)實率，k)相對含（%），l)相對產(chǎn)量。*、**和***分別表示獨立樣本 t 檢驗下 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 作物在生長發(fā)育和抗旱性之間存在 tradeoff田間不同表型之間進行相關(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)實率（SR）等呈負相關(guān)關(guān)系。說明作物發(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S511

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 文彬彬;;章魚犧牲基因換取RNA編輯[J];科學(xué)大觀園;2017年10期

2 常重杰,周榮家,余其興;RNA編輯的研究進展[J];國外醫(yī)學(xué)(分子生物學(xué)分冊);1997年05期

3 劉佳;宋艷捷;孫健英;徐濤;朱明庫;李宗蕓;;甘薯及2個近緣野生種ndhA,ndhB,ycf3,atpA和rps8基因RNA編輯位點的鑒定與分析[J];江蘇師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2019年02期

4 李京源;李濤;朱席琳;伍曉盼;劉英;;ADAR1通過RNA編輯上調(diào)ZNF655表達并促進人肝癌細胞系HepG2中HBV復(fù)制[J];基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床;2018年03期

5 劉巍峰,高東;RNA編輯[J];生命科學(xué);1999年01期

6 鄭玉姝;趙樸;劉興友;;RNA編輯功能的研究進展[J];生命科學(xué);2008年03期

7 尚觀勝,李曉輝;RNA編輯:受體表達的信息調(diào)節(jié)新機制[J];國外醫(yī)學(xué)(生理、病理科學(xué)與臨床分冊);2000年06期

8 王麗非;錐蟲RNA的編輯——尿苷的插入和刪除[J];國外醫(yī)學(xué)(分子生物學(xué)分冊);2002年06期

9 鄭慶芬;段鐘平;李建生;;成簇的規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列/Cas9系統(tǒng)在病毒領(lǐng)域的應(yīng)用[J];臨床肝膽病雜志;2016年01期

10 陸萍;俞嘉寧;;PPR蛋白影響植物生長發(fā)育的研究進展[J];植物生理學(xué)報;2013年10期

相關(guān)會議論文 前6條

1 楊光;潘燕;王振宇;卞建新;崔立操;馮克偉;聶小軍;;小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的RNA編輯位點鑒定及其比較分析[A];第十屆全國小麥基因組學(xué)及分子育種大會摘要集[C];2019年

2 楊光;潘燕;王振宇;卞建新;崔立操;馮克偉;聶小軍;;小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的RNA編輯位點鑒定及其比較分析[A];科技創(chuàng)新與扶貧攻堅——陜西省農(nóng)作物學(xué)會第二屆會員代表大會暨2019年學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2019年

3 馮克偉;羅茜;聶小軍;;野生二粒小麥鹽脅迫應(yīng)關(guān)鍵基因TdKT2的克隆及其RNA編輯位點的鑒定[A];第十屆全國小麥基因組學(xué)及分子育種大會摘要集[C];2019年

4 王秦虎;劉慧泉;許金榮;;真菌中A-to-Ⅰ RNA編輯的適應(yīng)性進化研究[A];中國植物病理學(xué)會2016年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2016年

5 易平;汪莉;孫清萍;朱英國;;紅蓮型細胞質(zhì)雄性不育水稻線粒體atp6基因轉(zhuǎn)錄本的編輯位點研究[A];2007中國科協(xié)年會專題論壇“紅蓮型雜交水稻學(xué)術(shù)專題研討會”論文匯編[C];2007年

6 易平;汪莉;孫清萍;朱英國;;水稻線粒體功能基因轉(zhuǎn)錄本的編輯位點研究[A];2007中國科協(xié)年會專題論壇“紅蓮型雜交水稻學(xué)術(shù)專題研討會”論文匯編[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 記者 趙漢斌;基因組分析揭示等位基因特異RNA編輯現(xiàn)象[N];科技日報;2018年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 黃玲;玉米C型胞質(zhì)敗育相關(guān)基因的表達分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

2 胡繼宏;水稻同核異質(zhì)系的基因組與轉(zhuǎn)錄組研究[D];武漢大學(xué);2013年

3 楊峗;RNA二級結(jié)構(gòu)在A-I RNA編輯和互斥剪接中的作用及其機制研究[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 高敏;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[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

2 楊婧渝;擬南芥RNA編輯因子（MORF2）和線粒體RNA聚合酶（RPOTm）結(jié)構(gòu)與功能研究[D];安徽大學(xué);2019年

3 王肖丹;哺乳動物精子發(fā)生過程中RNA編輯和miRNA編輯的系統(tǒng)性研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

4 鄭業(yè)強;煙草sua-CMS和tab1-CMS的鑒定和RNA編輯研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

5 李京源;ADAR1通過對TTPA及ZNF655基因3'UTR的RNA編輯影響HBV表達機制的研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2018年

6 唐建鵬;水稻苗期白化致死基因OsPPR6的圖位克隆和功能分析[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

7 李鵬;利用恢復(fù)基因的近等基因系研究V型小麥細胞質(zhì)雄性不育分子機理[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

8 汪軍卿;新城疫病毒P基因RNA編輯及P蛋白磷酸化位點對病毒復(fù)制的影響[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2014年

9 劉樹濤;APOB-100 mRNA編輯的細胞異質(zhì)性研究[D];浙江師范大學(xué);2013年

10 王瑜;F_0-ATP合酶4個亞基基因與煙草雄性不育性關(guān)系的研究[D];江西農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

本文編號：2623689