本文關(guān)鍵詞：茉莉素受體蛋白COI1在煙草和油菜中的調(diào)控功能分析

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【摘要】：植物雄性不育性狀在作物品種選育和種子繁育方面具有重要價值,一直是植物學(xué)研究領(lǐng)域的熱點問題。茉莉素是重要的植物病蟲害抗性和次生代謝調(diào)控因子,也是調(diào)控植物育性的重要植物激素。擬南芥中的研究證明,茉莉素受體是由COI1 (Coronatine-insensitive 1)、茉莉素途徑負(fù)調(diào)控因子JAZ (Jasmonate ZIM-domain protein)蛋白和肌醇戊基磷酸分子組成的復(fù)合體,COI1是茉莉素受體復(fù)合體核心成員。近年來,在茉莉素信號途徑調(diào)控植物雄性不育的研究方面,取得了不少重要進(jìn)展,但是,有關(guān)該途徑調(diào)控植物花粉敗育引發(fā)的雄性不育的分子機(jī)制仍不清楚。本研究分別以煙草和甘藍(lán)型油菜為材料,對COIl蛋白調(diào)控花粉敗育發(fā)生的分子機(jī)理進(jìn)行了研究。煙草是重要的植物次生代謝研究模式植物,在茉莉素途徑調(diào)控植物次生代謝相關(guān)研究方面具有獨特優(yōu)勢。本研究克隆了煙草COIl保守區(qū)片段,構(gòu)建了RNA干擾(RNAi)基因沉默載體,以農(nóng)桿菌侵染方法培育了COIl沉默的煙草轉(zhuǎn)基因植株,并用鑒定出的COIl沉默植株研究了煙草COI1在花粉育性及次生代謝方面的調(diào)控機(jī)理。研究結(jié)果表明：(1)沉默COI1煙草表現(xiàn)出與擬南芥coil突變體高度類似的不育表型,即花絲縮短一半、花藥開裂延遲及花粉敗育。同時,沉默COIl煙草還喪失了花冠花色素苷合成及花蜜腺的類胡蘿卜素累積,并抑制了花冠的花色素苷合成基因及花蜜腺的類胡蘿卜素合成基因的表達(dá)水平。因類胡蘿卜素的合成與碳水化合物代謝密切相關(guān),因此,對花蜜腺的碳水化合物代謝進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),沉默COIl煙草花蜜腺的淀粉累積受到顯著抑制,而且其淀粉代謝基因及與淀粉代謝相關(guān)的MYB305轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá)水平都發(fā)生了改變。這些研究結(jié)果首次證明了茉莉素受體蛋白COI1對淀粉代謝的調(diào)控。(2)前期對COIl功能缺失突變體的研究證明,COIl功能缺失不影響花藥絨氈層發(fā)育,并能正常形成小孢子,但其小孢子在后期發(fā)育中發(fā)生敗育,敗育花粉呈現(xiàn)碳水化合物累積減少表型,但對這一過程發(fā)生的原因一直沒得到證明。COIl調(diào)控淀粉代謝的發(fā)現(xiàn)為揭示這一現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理提供了重要線索。通過顯微切片研究發(fā)現(xiàn),沉默COIl煙草與擬南芥coil突變體一樣可以形成正常小孢子,但這些小孢子在小孢子發(fā)育晚期無法像對照材料一樣正常累積淀粉,但其花藥壁卻出現(xiàn)了淀粉顆粒的大量累積,表明發(fā)育晚期小孢子由于沒有累積淀粉所以導(dǎo)致不能發(fā)育成正常有生活力的花粉。進(jìn)一步的基因表達(dá)分析研究證明,沉默COIl改變了淀粉代謝相關(guān)基因在煙草花藥壁中的表達(dá)水平,并抑制了淀粉代謝相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因MYB305在花藥壁的表達(dá)水平。這些研究結(jié)果證明,莉素茉受體蛋白COIl對碳水化合物代謝的調(diào)控,并深入揭示了碳水化合物代謝在茉莉素介導(dǎo)的次生代謝及花粉育性形成中的重要作用。油菜雄性不育是油菜雜交育種的基礎(chǔ),研究油菜雄性不育分子機(jī)理在油菜遺傳育種中意義重大。甘藍(lán)型油菜及其親本種白菜和甘藍(lán)的基因組測序工作均已完成,但功能基因研究工作還相對落后,對茉莉素受體蛋白COIl的功能研究還未見報道。本研究利用基因組數(shù)據(jù)分析甘藍(lán)型油菜及其親本種白菜和甘藍(lán)基因組的COIl構(gòu)成情況；使用定量和半定量RT-PCR擴(kuò)增方法檢測油菜COI1的組織特異性表達(dá)；克隆油菜COI1保守區(qū)片段構(gòu)建病毒誘導(dǎo)的基因沉默(virus-induced gene silence,VIGS)載體,以農(nóng)桿菌侵染方法培育VIGS誘導(dǎo)COI1沉默的油菜植株,然后,用鑒定出的COI1沉默植株研究油菜COI1在育性調(diào)控及蟲害抗性等方面的調(diào)控功能。試驗結(jié)果如下：(1)基因組數(shù)據(jù)分析表明,甘藍(lán)型油菜親本種白菜和甘藍(lán)共有7個高度同源的COIl,依序列同源性可分為4類：COⅡa、COⅡb.1、COⅡb.2和COⅡc;甘藍(lán)型油菜有8個COI1,也由上述幾類同源基因組成。半定量和定量RT-PCR擴(kuò)增試驗表明甘藍(lán)型油菜COIl在莖桿中的表達(dá)水平最低。從培育的VIGS誘導(dǎo)COIl沉默油菜中,共鑒定出COIl表達(dá)水平被抑制超過70%的株系25個,其中抑制效果最明顯的10個株系被用于育性調(diào)控及蚜蟲抗性試驗。(2)育性分析結(jié)果證明,VIGS沉默COI1油菜的結(jié)實能力受到嚴(yán)重影響,其角果在授粉20 d以后的長度只達(dá)到對照油菜角果授粉5d后的長度,且角果中無正常種子；沉默COIl油菜的雄蕊長度短于相同花期的對照油菜雄蕊,其花藥開裂延遲；顯微觀察發(fā)現(xiàn)沉默COIl油菜的花粉中有超過80%呈不正常形態(tài)。(3)在相同處理條件下進(jìn)行的蚜蟲抗性比較試驗中,沉默COI1油菜葉片上的蚜蟲數(shù)量超過對照油菜1倍多,而且有很多小蚜蟲圍繞大蚜蟲的蟲落,繁殖態(tài)勢比對照油菜葉片上的蚜蟲旺盛。這些研究結(jié)果表明,甘藍(lán)型油菜COIl基因具有組織特異表達(dá)特性,沉默COI1會導(dǎo)致油菜雄性不育性狀發(fā)生,并降低油菜植株對蚜蟲的抗性。然而,沉默COI1未引起明顯的油菜花瓣顏色變化。油菜是我國重要的油料作物,該研究結(jié)果為油菜雄性不育機(jī)理研究開辟了新的研究思路和方向,在油菜遺傳育種理論和實踐上都有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：COI1 茉莉素 花粉敗育 淀粉代謝 雄性不育
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 茉莉素信號傳導(dǎo)途徑研究進(jìn)展12-21
• 1.1.1 茉莉素的生物合成13-14
• 1.1.2 茉莉素的生物功能14-19
• 1.1.3 茉莉酸信號傳導(dǎo)途徑19-21
• 1.2 COI1基因研究進(jìn)展21-22
• 1.3 病毒誘導(dǎo)的基因沉默22-24
• 1.3.1 VIGS的作用機(jī)制23
• 1.3.2 RNA病毒載體23-24
• 1.4 本研究的目的和意義24-26
• 第二章 煙草COI1的調(diào)控功能研究26-60
• 第一節(jié) 煙草COI1沉默植株的培育和鑒定27-37
• 2.1.1 試驗方法27-32
• 2.1.2 試驗結(jié)果32-35
• 2.1.3 結(jié)果討論35-37
• 第二節(jié) COI1對煙草花器官的次生代謝調(diào)控分析37-41
• 2.2.1 試驗方法37-38
• 2.2.2 試驗結(jié)果38-40
• 2.2.3 結(jié)果討論40-41
• 第三節(jié) COI1對煙草花蜜腺的次生代謝和初生代謝調(diào)控41-50
• 2.3.1 試驗方法41-43
• 2.3.2 試驗結(jié)果43-48
• 2.3.3 結(jié)果討論48-50
• 第四節(jié) COI1對煙草花粉育性的調(diào)控50-60
• 2.4.1 試驗方法50-52
• 2.4.2 試驗結(jié)果52-58
• 2.4.3 結(jié)果討論58-60
• 第三章 甘藍(lán)型油菜COI1的調(diào)控功能分析60-76
• 第一節(jié) 甘藍(lán)型油菜COI1的基因序列分析和表達(dá)分析61-66
• 3.1.1 實驗方法61-62
• 3.1.2 結(jié)果分析62-64
• 3.1.3 結(jié)果討論64-66
• 第二節(jié) 油菜COI1沉默植株的培育和鑒定66-72
• 3.2.1 研究方法66-69
• 3.2.2 實驗結(jié)果69-72
• 第三節(jié) 油菜COI1的育性和蚜蟲抗性調(diào)控功能72-76
• 3.3.1 研究方法72
• 3.3.2 實驗結(jié)果72-74
• 3.3.3 結(jié)果討論74-76
• 第四章 討論與結(jié)論76-82
• 4.1 討論76-78
• 4.2 結(jié)論78-79
• 4.3 創(chuàng)新點79-80
• 4.4 后續(xù)研究計劃80-82
• 參考文獻(xiàn)82-94
• 攻讀博士期間發(fā)表的論文94-96
• 作者簡介96-98
• 致謝98

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：986979