控制水稻葉脈密度基因LVD2的圖位克隆
發(fā)布時間：2020-09-30 09:12
植物葉脈系統(tǒng)是連接所有主要植物器官的連續(xù)維管束網(wǎng)絡,能夠長距離運輸光合產(chǎn)物和土壤養(yǎng)分,并為植物體提供機械支持。C3植物水稻(Oryza sativa L.)是人類的主要糧食作物之一,但是卻遠遠沒有玉米(Zea mays L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)等C4作物的生物量高。究其原因是C4植物的光合效率要比C3植物高。C4植物的葉脈密度要比C3植物高。因此,我們從C3水稻篩選了一批葉脈密度變化突變體,來研究控制葉脈密度的分子機制,進而創(chuàng)造類C4葉脈密度的材料。本論文以一個水稻葉脈密度增加的突變體為材料,并命名為lvd2(leaf vein density 2)。主要研究結(jié)果如下:1、在野生型與lvd2中,旗葉2 mm內(nèi)分別有9條脈和12條脈,lvd2葉脈密度明顯增加。與野生型相比,lvd2略矮化,葉片較窄,小脈的面積增大且兩個小脈間葉肉細胞數(shù)減少。2、與野生型相比,lvd2的株高,千粒重,結(jié)實率,生物量,有效分蘗數(shù)均降低;有關(guān)光合作用的生理指標,氣孔導度,胞間CO_2濃度,蒸騰速率均提高,但是光合速率是降低的。3、通過圖位克隆的方法,發(fā)現(xiàn)LVD2的3個等位基因,并將這3個突變體分別命名為lvd2-1;lvd2-2;lvd2-3。它們具有相同的表型。lvd2-1是因為在第5個外顯子上G變?yōu)門,導致相應的氨基酸由甲硫氨酸變?yōu)楫惲涟彼?lvd2-2是由于在第9個外顯子上單堿基A的缺失,導致移碼突變,蛋白質(zhì)翻譯提前終止;lvd2-3是因為在第12個外顯子上T變?yōu)镃,導致相應的氨基酸由絲氨酸變?yōu)楦彼帷＿@三種突變均導致LVD2的失活,初步驗證了該基因的功能。LVD2編碼一個細胞周期相關(guān)蛋白,在禾本科內(nèi)高度保守。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：
2圖 1.1 C3 植物和 C4 植物光合作用和解剖學結(jié)構(gòu)的區(qū)別Figure 1.1 Differences in photosynthesis and anatomy between C3 plants and C4 plants (Furbank, et al. 2012)1.1.2 C4 光合作用的研究進展在過去十年中，基因組測序技術(shù)以及基于序列的 RNA 表達分析技術(shù)對 C4 植物的進化研究具有重要作用，同時一些特殊基因的發(fā)現(xiàn)對 C4 光合作用研究也產(chǎn)生了重大影響(Egan et al., 2012)。以序列的分子系統(tǒng)發(fā)育作為基礎(chǔ)，為 C3 和 C4 植物的進化關(guān)系提供了新的見解，并且就 C4 植物進化枝之間的關(guān)系提供了許多新的發(fā)現(xiàn)(Grass Phylogeny Working Group II, 2012)。通過 RNA 測序（RNA-seq）將這些新的系統(tǒng)發(fā)育與全基因組測序和 RNA 表達分析相結(jié)合，使得能夠在進化過程中鑒定出一系列基因。C4光合作用和相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子可能是C4分子特化進化的原因(Aubry et al.,2014)。這一切通過比較來自密切相關(guān)的 C3 和 C4 物種和 C3-C4 中間體的序列信息來實現(xiàn)。為了將 C4 光合引入 C3 作物，建立了一個強有力的基因發(fā)現(xiàn)平臺(von Caemmerer, Furbank,2012)。使用 RNA-seq 檢測 C4 單子葉植物葉片發(fā)育梯度的基因表達模式(Li et al., 2010)�，F(xiàn)在已
中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第三章 結(jié)果與分析第三章 結(jié)果與分析3.1 lvd2 的表型分析通過手持顯微鏡觀察并篩選出葉脈密度發(fā)生變化的突變體。通過觀察成熟期突變體 lvd2 和野生型日本晴的旗葉，發(fā)現(xiàn)在 lvd2 中 2 mm 范圍內(nèi)有 12 條脈，而野生型中 2 mm 范圍內(nèi)有 9 條脈（圖C）。葉脈密度明顯增加，具有類似 C4 植物的解剖學結(jié)構(gòu)。通過觀察成熟期的植株，發(fā)現(xiàn) lvd2 株高變矮大約是野生型的 75%（圖 A）。葉片也相對變窄，大約是野生型的 67%（圖 B，附錄補充圖）。通過徒手切片并在激光共聚焦顯微鏡下觀察維管束的形態(tài)，發(fā)現(xiàn) lvd2 中維管束的面積要比野生型的大 29%（圖 D，附錄補充圖）。通過石蠟切片可以看出 lvd2 兩個小脈間的葉肉細胞有 7個，在野生型中小脈間的細胞數(shù)通常是 11-12 個。因此 lvd2 葉脈變密的是因為小脈間的葉肉細胞數(shù)的減少，說明 LVD2 對水稻維管束的形成與發(fā)育非常重要，對細胞分裂與分化可能也有一定的影響。
圖 3.2 野生型與 lvd2 光合作用相關(guān)生理指標測定圖（A），（B），（C），（D）分別是野生型與 lvd2 光合速率，氣孔導度，胞間 CO2濃度，蒸騰速率的統(tǒng)計分析比較。T 檢驗計算 P 值，**代表與野生型相比，P<0.01 水平差異極顯著；*代表在 P<0.05 水平差異顯著。Figure 3.2 Comparison of physiological indexes related to wild type and lvd2 photosynthesisA, B, C, D represents statistical analysis of photosynthetic rate, CO2stomatal conductance, CO2intercellularconcentration, transpiration rate, respectively. Values represent means ±SD from 3 biological samples. Asterisks indicatethe significance of the differences between WT and lvd2 as determined by Student’s t-test (*, 0.01≤ P<0.05; **, P ≤ 0.01)3.4 突變體 lvd2 的遺傳分析葉脈變密的單株數(shù)量比為 3:1，根據(jù)孟德爾遺傳定律可知，該突變表型由一對隱性基因控制。 該突變體源于前期實驗室創(chuàng)制的以日本晴為背景 T-DNA 突變體庫，已經(jīng)過多代連續(xù)自交，是能夠穩(wěn)定遺傳的純系，由于該突變體的葉脈密度明顯變密，因此將其命名為 lvd2。將突變體 lvd2與 Dular 進行雜交，得到 F1代雜交種。通過觀察并發(fā)現(xiàn) F1代的葉脈密度與親本是一致的。再將F1代自交得到 F2代群體，發(fā)現(xiàn)性狀發(fā)生了分離，包含葉脈密度變密的以及葉脈密度正常的 2 種
本文編號：2830648
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：
2圖 1.1 C3 植物和 C4 植物光合作用和解剖學結(jié)構(gòu)的區(qū)別Figure 1.1 Differences in photosynthesis and anatomy between C3 plants and C4 plants (Furbank, et al. 2012)1.1.2 C4 光合作用的研究進展在過去十年中，基因組測序技術(shù)以及基于序列的 RNA 表達分析技術(shù)對 C4 植物的進化研究具有重要作用，同時一些特殊基因的發(fā)現(xiàn)對 C4 光合作用研究也產(chǎn)生了重大影響(Egan et al., 2012)。以序列的分子系統(tǒng)發(fā)育作為基礎(chǔ)，為 C3 和 C4 植物的進化關(guān)系提供了新的見解，并且就 C4 植物進化枝之間的關(guān)系提供了許多新的發(fā)現(xiàn)(Grass Phylogeny Working Group II, 2012)。通過 RNA 測序（RNA-seq）將這些新的系統(tǒng)發(fā)育與全基因組測序和 RNA 表達分析相結(jié)合，使得能夠在進化過程中鑒定出一系列基因。C4光合作用和相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子可能是C4分子特化進化的原因(Aubry et al.,2014)。這一切通過比較來自密切相關(guān)的 C3 和 C4 物種和 C3-C4 中間體的序列信息來實現(xiàn)。為了將 C4 光合引入 C3 作物，建立了一個強有力的基因發(fā)現(xiàn)平臺(von Caemmerer, Furbank,2012)。使用 RNA-seq 檢測 C4 單子葉植物葉片發(fā)育梯度的基因表達模式(Li et al., 2010)�，F(xiàn)在已
中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第三章 結(jié)果與分析第三章 結(jié)果與分析3.1 lvd2 的表型分析通過手持顯微鏡觀察并篩選出葉脈密度發(fā)生變化的突變體。通過觀察成熟期突變體 lvd2 和野生型日本晴的旗葉，發(fā)現(xiàn)在 lvd2 中 2 mm 范圍內(nèi)有 12 條脈，而野生型中 2 mm 范圍內(nèi)有 9 條脈（圖C）。葉脈密度明顯增加，具有類似 C4 植物的解剖學結(jié)構(gòu)。通過觀察成熟期的植株，發(fā)現(xiàn) lvd2 株高變矮大約是野生型的 75%（圖 A）。葉片也相對變窄，大約是野生型的 67%（圖 B，附錄補充圖）。通過徒手切片并在激光共聚焦顯微鏡下觀察維管束的形態(tài)，發(fā)現(xiàn) lvd2 中維管束的面積要比野生型的大 29%（圖 D，附錄補充圖）。通過石蠟切片可以看出 lvd2 兩個小脈間的葉肉細胞有 7個，在野生型中小脈間的細胞數(shù)通常是 11-12 個。因此 lvd2 葉脈變密的是因為小脈間的葉肉細胞數(shù)的減少，說明 LVD2 對水稻維管束的形成與發(fā)育非常重要，對細胞分裂與分化可能也有一定的影響。
圖 3.2 野生型與 lvd2 光合作用相關(guān)生理指標測定圖（A），（B），（C），（D）分別是野生型與 lvd2 光合速率，氣孔導度，胞間 CO2濃度，蒸騰速率的統(tǒng)計分析比較。T 檢驗計算 P 值，**代表與野生型相比，P<0.01 水平差異極顯著；*代表在 P<0.05 水平差異顯著。Figure 3.2 Comparison of physiological indexes related to wild type and lvd2 photosynthesisA, B, C, D represents statistical analysis of photosynthetic rate, CO2stomatal conductance, CO2intercellularconcentration, transpiration rate, respectively. Values represent means ±SD from 3 biological samples. Asterisks indicatethe significance of the differences between WT and lvd2 as determined by Student’s t-test (*, 0.01≤ P<0.05; **, P ≤ 0.01)3.4 突變體 lvd2 的遺傳分析葉脈變密的單株數(shù)量比為 3:1，根據(jù)孟德爾遺傳定律可知，該突變表型由一對隱性基因控制。 該突變體源于前期實驗室創(chuàng)制的以日本晴為背景 T-DNA 突變體庫，已經(jīng)過多代連續(xù)自交，是能夠穩(wěn)定遺傳的純系，由于該突變體的葉脈密度明顯變密，因此將其命名為 lvd2。將突變體 lvd2與 Dular 進行雜交，得到 F1代雜交種。通過觀察并發(fā)現(xiàn) F1代的葉脈密度與親本是一致的。再將F1代自交得到 F2代群體，發(fā)現(xiàn)性狀發(fā)生了分離，包含葉脈密度變密的以及葉脈密度正常的 2 種
【相似文獻】
相關(guān)碩士學位論文 前2條
1 陳國鑫;控制水稻葉脈密度基因LVD2的圖位克隆[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2019年
2 于海鵬;芋螺毒素LvD2鎮(zhèn)痛藥效學及其作用靶點的研究[D];海南大學;2012年
本文編號：2830648
本文鏈接：http://sikaile.net/nykjlw/nzwlw/2830648.html
最近更新
教材專著
