【摘要】：雌雄花序和小花的正常發(fā)育決定著玉米籽粒產(chǎn)量潛能,解析花序和小花發(fā)育的調(diào)控機(jī)制對提高玉米籽粒產(chǎn)量具有重要意義。本研究以玉米growth-regulating factor(GRF)-interacting factor1(gif1)突變體為材料,比較分析gif1突變體和野生型雌花序在植物學(xué)形態(tài)和細(xì)胞學(xué)上的差異;通過免疫沉淀實驗和和質(zhì)譜串聯(lián)分析測序,鑒定GIF1互作蛋白;通過轉(zhuǎn)錄組比較分析和染色質(zhì)免疫共沉淀測序(chromatin immunoprecipitation sequencing,ChIP-seq)分析,鑒定Gif1直接調(diào)控基因和調(diào)控途徑,揭示了Gif1調(diào)控玉米雌花序和小花發(fā)育的部分分子機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:1、gif1突變影響花序形態(tài)建成和花器官發(fā)育通過體視顯微鏡和掃描電鏡,比較野生型和gif1突變體雌花序和小花發(fā)育進(jìn)程,發(fā)現(xiàn)野生型雌花序的成對小穗排列有序、無分支,而gif1雌花序則表現(xiàn)出兩種極端表型:高度分支的花序或裸露無分支的花序。gif1突變體小花雄蕊原基發(fā)育未被抑制,心皮原基心皮原基發(fā)育異常,花絲發(fā)育異常,胚珠原基增大,珠心裸露。2、GIF1過表達(dá)能遺傳補(bǔ)償gif1突變體表型通過將Ubi啟動子驅(qū)動的GIF1-GFP融合蛋白導(dǎo)入玉米C01系中,創(chuàng)建了5個Ubipro::GIF1-GFP轉(zhuǎn)基因系,分別命名為OE1-5。與gif1突變體相比,過表達(dá)GIF1-GFP的轉(zhuǎn)基因株系具有正常的株高和穗位高,葉片更寬更大。將OE2與+/gif1雜合子雜交,根據(jù)基因型選擇同時是純合gif1/gif1基因型和過表達(dá)GIF1-GFP基因型的遺傳互補(bǔ)植株,稱為gif1gif1/OE2。所有g(shù)if1gif1/OE2植株都具有正常的植物形態(tài)和花序結(jié)構(gòu),并且雌性和雄性小花均發(fā)育正常且可育,表明Gif1基因過表達(dá)能夠遺傳補(bǔ)償gif1突變體的缺陷表型。3、GIF1互作蛋白參與廣泛生物過程以O(shè)E2過表達(dá)轉(zhuǎn)基因家系中未成熟雌花序為材料,采用免疫沉淀(Immunoprecipitation,IP)和質(zhì)譜串聯(lián)分析測序的方法,檢測到在3次生物學(xué)重復(fù)中,共有GIF1的互作蛋白56個,顯示GIF1互作蛋白參與花序發(fā)育、激素生物合成、染色質(zhì)重塑、信號傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)生物合成和降解、代謝和DNA復(fù)制等生物過程。其中檢測有一種在油菜素類固醇(Brassinosteroid,BR)生物合成中的蛋白質(zhì)Nana Plant2(NA2)(Best et al 2016)與GIF1相互作用,采用熒光素酶互補(bǔ)成像(LCI)在煙草中驗證了NA2-GIF1相互作用,證明了GIF1影響激素合成過程來調(diào)節(jié)雌花序發(fā)育。綜上,GIF1的互作蛋白參與了廣泛的生物過程。4、GIF1直接結(jié)合花序發(fā)育關(guān)鍵基因以O(shè)E2過表達(dá)轉(zhuǎn)基因家系的未成熟雌花序為材料,采用染色質(zhì)免疫沉淀測序(ChIP-seq)的方法,在3次生物學(xué)重復(fù)中共鑒定出11683個峰和1832個基因,其中,1982個峰和540個基因在2次重復(fù)中被檢測到。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)數(shù)據(jù),共鑒定到GIF1靶標(biāo)基因177個,其中,相對于野生型,共有84個(47.5%)基因在gif1突變體中下調(diào)表達(dá),93個(52.5%)基因上調(diào)表達(dá)。值得一提的是花序發(fā)育關(guān)鍵基因RAMOSA2和CLE4a為GIF1的直接靶標(biāo)基因。因此,我們推測Gif1是花序分生組織、小穗對分生組織和心皮邊緣分生組織發(fā)育所必需的基因。
【圖文】：

形態(tài)變化(Eveland et al 2014)。程中分生組織特征及發(fā)育進(jìn)程的示意圖。及花序上所分化的成對小穗分生組織。及花序上所分化的成對小穗分生組織和小穗分程中分生組織特征發(fā)育進(jìn)程的示意圖�？椃只龅姆种Х稚M織�？椃只龅姆种Х稚M織和成對小穗分生組織eristem. SPM= Spikelet-Pair Meristem.SM= Spi對小穗分生組織（SPM）。綠色星號代表分支al changes of maize inflorescence (Eveland et aram of meristem characteristics and development.eristems differentiated in 1 mm female infloresct meristem and spikelet meristems differenscences.ram of the developmental process of meristem t.s differentiated from male inflorescence meristem

控制花序發(fā)育(Bommert et al 2013a)。Fea3 編碼 LRR re fea3 突變體中，莖頂端分生組織增大、花序分生組織扁化，ZmW株特定的中樞區(qū)域，F(xiàn)ea3 抑制 Wus1 的表達(dá)(Je et al 2016)。FAa4)是一種半矮化的突變體，具有扁化和膨大的營養(yǎng)及花序分生組 bZIP 轉(zhuǎn)錄因子，與擬南芥 PERIANTHIA 直系同源。Fea4 在營養(yǎng)周邊區(qū)域和未成熟葉片的脈管系統(tǒng)中表達(dá)，，并且在芽頂端分生組顯著地排除在干細(xì)胞生態(tài)位之外。在轉(zhuǎn)變?yōu)樯称鞴侔l(fā)育后，F(xiàn)e分生組織中表達(dá)。Fea4 基于生長素調(diào)節(jié)葉片分化和極性相關(guān)過程周的分化，可能與 KNOTTED1 和 WUSCHEL 等基因功能相反(Pa育種應(yīng)用中，Bommert 等人（2013b）和 Je 等人（2016）分別報弱fea3等位基因?qū)е铝擞衩姿氩啃誀畹淖兓�，使玉米產(chǎn)量提升 (B, Je et al 2016)。因此，這些弱等位基因相比于完全喪失功能的基因遺傳改良的潛在資源。
【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】：S513

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐利鋒;王素賢;朱廷儒;;狹香蒲雌花序抗菌有效成分的研究[J];沈陽藥學(xué)院學(xué)報;1983年18期

2 魏繼承,楊傳平,王超,姜靜;白樺雌花序cDNA消減文庫的構(gòu)建及分析(英文)[J];Journal of Forestry Research;2005年02期

3 李文蘭;孟昭東;;玉米PIN家族基因在雌花序發(fā)育過程中的表達(dá)分析[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2019年06期

4 黃廷福;板栗雌花序少產(chǎn)量低的解決辦法[J];林業(yè)科技通訊;2001年04期

5 徐利鋒;王素賢;朱廷儒;;狹香蒲雌花序的化學(xué)成分[J];Journal of Integrative Plant Biology;1986年05期

6 ;“啤酒花”是花嗎?[J];青少年科學(xué)探索;2007年01期

7 李平;李元振;薛華東;覃遵環(huán);付艷華;;盾葉薯蕷雌雄花序的離體培養(yǎng)研究[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2012年21期

8 宋毅,井緒忠;白樺雌雄花同花序的記述[J];西北林學(xué)院學(xué)報;1992年01期

9 李雅軒,于志紅;你見過頂部結(jié)穗的玉米嗎[J];植物雜志;1999年03期

10 王超;楊傳平;魏繼承;姜靜;;白樺雌花序抑制性消減文庫構(gòu)建及EST分析[J];植物研究;2008年03期

相關(guān)會議論文 前2條

1 王超;楊傳平;魏繼承;姜靜;;白樺雌花序抑制性消減文庫構(gòu)建及EST分析[A];第六屆全國林木遺傳育種大會論文集[C];2008年

2 俞慈英;李修鵬;吳月燕;陳葉平;繆玲霞;洪中躍;;瀕危植物普陀鵝耳櫪開花特性及花粉活力研究[A];中國植物園（第十四期）[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 實習(xí)生 佘超龍;漫天楊絮惱京城 我有治招誰埋單[N];科技日報;2004年

2 李衛(wèi)衛(wèi);京城緣何飛“雪”難“融”[N];科技日報;2005年

3 實習(xí)生 熊潔;為讓楊絮不再飛[N];農(nóng)民日報;2004年

4 臺桂花;京城公園治理楊柳飛絮[N];中國環(huán)境報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李文蘭;生長素合成與轉(zhuǎn)運相關(guān)基因在玉米雌花序發(fā)育過程中的表達(dá)分析[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 鄭媛媛;玉米GIF1基因調(diào)控雌花序形態(tài)建成和小花發(fā)育的分子機(jī)理研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

2 李同華;白樺生殖發(fā)育中形態(tài)解剖學(xué)研究和內(nèi)源激素的動態(tài)變化分析[D];東北林業(yè)大學(xué);2004年

3 周厚君;光皮樺相關(guān)基因的克隆、表達(dá)及功能初步分析[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2011年

4 蔡衛(wèi)佳;樟子松開花結(jié)實促進(jìn)技術(shù)研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2013年

5 李大東;大氣溫度和CO_2濃度升高對桑樹性比及繁育器官的影響[D];西華師范大學(xué);2017年

6 周菲;白樺不同花期雌花發(fā)育相關(guān)基因的篩選及表達(dá)研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2010年

本文編號：2652460