【摘要】：水稻(Oryza sativa)是重要的糧食作物之一,為世界一半以上的人口提供食物來源。水稻產(chǎn)量是由粒重,穗數(shù)和穗粒數(shù)三個組成部分決定,而粒重是由粒型和籽粒充實度決定。盡管已經(jīng)有許多水稻粒型的基因被克隆,但分子機制仍不清楚。因此,需要進一步鑒定更多的粒型調(diào)控基因。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)兩個基因RGG2和OsPP2C09在調(diào)控水稻粒型方面發(fā)揮著重要的作用。主要結(jié)果如下:一、編碼水稻異源三聚體G蛋白B型γ亞基編碼基因及GG2突變導(dǎo)致水稻粒型變大、產(chǎn)量提高異源三聚體G蛋白是由Gα,Gβ和Gγ三個亞基組成,在一系列植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮分子開關(guān)的作用。水稻B型Gγ亞基編碼基因RGG2的生物學(xué)功能并未得到研究。在本研究中,我們解析了RGG2在粒型和產(chǎn)量調(diào)控中的功能。主要結(jié)果如下:1、利用酵母雙雜交和免疫共沉淀分析,我們進一步明確了 RGG2與RGB1的相互作用。2、qPCR和GUS染色分析表明,RGG2為組成型表達,在葉,鞘,莖,穗,節(jié)和根所有組織中均有表達,并且隨著穗發(fā)育進程,RGG2的表達量逐步下降。3、亞細胞定位分析表明,水稻RGG2蛋白定位于細胞核,細胞質(zhì)和質(zhì)膜上。4、在日本晴(NIP)背景下,過量表達RGG2會導(dǎo)致株高下降和籽粒變小。相比之下,在珍汕97(ZS97)背景下,通過CRISPR(規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù))/Cas9(CRISPR相關(guān)的蛋白)系統(tǒng)獲得的兩個突變體zrgg2-1和zrgg2-2表現(xiàn)為節(jié)間伸長,千粒重和生物產(chǎn)量增加,并且單株產(chǎn)量分別提高了 11.8%和16.0%。這些結(jié)果表明,RGG2負調(diào)控水稻植株生長和籽粒大小。5、過表達轉(zhuǎn)基因系的第二葉葉鞘與日本晴相比對GA3的敏感性降低,而zrgg2-1和zrgg2-2兩個突變體的第二葉葉鞘對GA3的敏感性高于ZS97。通過GA誘導(dǎo)種子的α-淀粉酶活性也證明了上述結(jié)果。因此,RGG2參與了水稻GA響應(yīng)。6、基于132個水稻種質(zhì)資源的基因組單倍型(Hap)分析發(fā)現(xiàn),RGG2共含有6個單核酸變異和一個插入缺失變異,并產(chǎn)生了 6種單倍型。其中,Hap1和Hap2主要分別在粳稻和秈稻中分布。日本晴和珍汕97中分別攜帶Hap1和Hap2,但它們的RGG2蛋白序列相同。含有Indell的稀有單倍型Hap6僅在大粒型品種蘇御糯和大粒粳中出現(xiàn),說明Hap6可能有利于粒型和粒重的增加。然而,該變異位點的遺傳效應(yīng)和育種價值需要進一步研究。二、OsPP2C09負調(diào)控ABA信號傳導(dǎo)和抗旱性,但促進水稻的植株生長和產(chǎn)量A亞族2C類蛋白磷酸酶(PP2Cs)已經(jīng)得到廣泛的研究,在擬南芥中負調(diào)控ABA信號傳導(dǎo)。然而,在水稻中僅有少部分A亞族PP2Cs的功能被鑒定。本研究中,我們以CRISPR/Cas9敲除突變體(ospp2c09)和日本晴背景中的兩個OsPP2C09過量表達株系為研究材料,解析了水稻A亞族PP2C成員OsPP2C09的功能。主要結(jié)果如下:1、系統(tǒng)進化樹分析表明,OsPP2C09屬于水稻中PP2C A亞族,與擬南芥中的HAI2(AT1G07430)同源性最高。2、OsPP2C09在各個組織中均有表達,并且在葉和鞘中表達較高。隨著幼穗的伸長,OsPP2C09表達下降,表明OsPP2C09可能影響幼穗的發(fā)育。3、為了確定OsPP2C09蛋白的亞細胞定位,在本氏煙草葉表皮細胞中分別瞬時表達由CaMV 35S啟動的GFP和OsPP2C09-GFP融合蛋白,發(fā)現(xiàn)OsPP2C09-GFP融合蛋白的熒光主要定位于細胞核中。4、ABA存在的條件下,OsPP2C09能與大多數(shù)的OsPYLs和OsSAPKs產(chǎn)生相互作用,表明OsPP2C09參與水稻中的ABA信號傳導(dǎo)。ABA響應(yīng)和干旱脅迫響應(yīng)結(jié)果表明,OsPP2C09負調(diào)控ABA信號傳導(dǎo)、氣孔關(guān)閉和耐旱性。5、OsPP2C09不僅參與水稻的ABA信號傳導(dǎo),還影響植株生長。ospp2c09突變體與正常相比產(chǎn)生更短和更小的籽粒。相反,OsPP2C09的過量表達會顯著增加株高,籽粒大小和單株產(chǎn)量。在高產(chǎn)品種蘇墾118中過量表達OsPP2C09也觀察到水稻產(chǎn)量的顯著增加。上述結(jié)果表明OsPP2C09不僅是ABA信號通路的組成部分,并負調(diào)控ABA介導(dǎo)的干旱脅迫響應(yīng),但正調(diào)控水稻植株生長和產(chǎn)量。因此,OsPP2C09作為一種新的目標靶點,可用于水資源豐富的地區(qū)的高產(chǎn)水稻品種培育。
【圖文】：

域的轉(zhuǎn)基因表型，發(fā)現(xiàn)ＧＳ３蛋白的４個功能結(jié)構(gòu)域具有不同的調(diào)控水稻籽粒大小的功能。逡逑完整的ＧＳ３結(jié)構(gòu)域的粒長表現(xiàn)為中間型，缺失ＯＳＲ的轉(zhuǎn)基因植株的粒長都能顯著變長，，逡逑而缺失完整的Ｃ末端ＴＮＦＲ和ＶＷＦＣ結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)基因系粒長最短（圖１．２）。根據(jù)不同結(jié)逡逑構(gòu)域的轉(zhuǎn)基因結(jié)果可以看出ＯＳＲ結(jié)構(gòu)域負調(diào)控水稻籽粒大小，而Ｃ末端的ＴＮＦＲ和ＶＷＦＣ逡逑結(jié)構(gòu)域正調(diào)控水稻粒型（ＶＷＦＣ結(jié)構(gòu)域影響籽粒大小的效應(yīng)遠遠氋于ＴＮＦＲ結(jié)構(gòu)域），并逡逑且能夠抑制ＯＳＲ的功能［｜２１］。逡逑（ａ）邐ＯＳＲ邐Ｍ邋Ｔ邐Ｖ邋（ｂ）邋ＭＨ６３邐Ｗ邐■逡逑ｆｌ邐ｆｌ逡逑ＭＴＶ邐Ｉ邐Ｈ邐ＩＨＩ＾Ｈ邐ＭＴＶ逡逑ＯＭＶ邐■■■邐■邐ＯＭＶ逡逑ｏｍｔ邋ＩＨＨＩＨ邐ＨＩ邐Ｉ逡逑＇ｉｚｚｍ＂邐ｍｖ逡逑■■■邐１１！＾＾邐Ｃ７逡逑0Ｍ邐灄邐0ｍ逡逑圖１．２邋ＧＳ３不同結(jié)構(gòu)域?qū)αＰ偷挠绊�。（ａ）缺失一個或多個結(jié)構(gòu)域的示意圖；（ｂ）邋Ｔ１代轉(zhuǎn)基因植株的逡逑籽粒與明恢６３的比較［１２１］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｎ邋ｇｒａｉｎ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｏｍａｉｎｓ邋ｏｆ邋ＧＳ３．邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｎｅ邋ｏｒ邋ｍｏｒｅ逡逑ｄｏｍａｉｎｓ邋ｄｅｌｅｔｅｄ；邋（ｂ）邋Ｇｒａｉｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔ１邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ邋ｐｌａｎｔｓ邋ｃｏｍｐａｒｅｄ邋ｗｉｔｈ邋Ｍｉｎｇｈｕｉ邋６３．逡逑ＧＳ３蛋白結(jié)構(gòu)域的不同功能同樣也能解釋（７幻負調(diào)控水稻籽粒大小

繆軍水稻粒型相關(guān)基因尺ＧＧ２和６＞＃Ｐ２ＣＴ９的功能分析Ｓｈｅｅｎ發(fā)現(xiàn)擬南芥的ＰＰ２ＣＡ基因Ｊ／／ＧＪ／ＡＰＰ２Ｃ兒在原生質(zhì)體Ａ的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［Ｉ４Ｇ１。ａ／／＃突變體在種子萌發(fā)和幼苗生長階段對ＡｇＪ可以負調(diào)控ＡＢＡ的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［１６｜１。綜上所述，ＰＰ２ＣＡ基因成部分，并且負調(diào)控ＡＢＡ響應(yīng)。逡逑
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S511

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;The OsSPL16—GW7 regulatory module determines grain shape and simultaneously improves rice yield and grain quality[J];Science Foundation in China;2015年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 徐夢彬;水稻G蛋白γ亞基基因RGG2調(diào)控株型和抗旱性的研究[D];揚州大學(xué);2016年

本文編號：2687673