本文選題：水稻(Oryza　切入點：sativa　出處：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的糧食作物之一,養(yǎng)育了世界一半以上的人口。隨著世界人口的不斷增長和耕地面積的持續(xù)減少,提高糧食產(chǎn)量仍然是水稻育種的一個巨大挑戰(zhàn)。水稻粒型是決定水稻產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀之一;同時,它還影響水稻的外觀、加工、蒸煮及食味品質(zhì)。葉夾角作為重要的一個農(nóng)藝性狀,影響水稻的株型和產(chǎn)量;研究表明直立葉可以增加光合作用效率和籽粒灌漿過程中氮的儲備,有利于植株的密植。迄今為止,雖然在水稻中報道了許多影響水稻粒型和葉夾角的基因,我們已經(jīng)對它們的遺傳與分子機理有了一定程度的認知,但是,調(diào)控水稻粒型和葉夾角的精細分子機制還沒有完全被闡明。油菜素內(nèi)酯(Brassinosteroid, BR)是一種甾醇類植物激素,它對植物生長和發(fā)育的各個方面都具有十分重要的調(diào)控作用。研究表明BR在調(diào)控水稻粒型、葉夾角和產(chǎn)量方面發(fā)揮著十分重要的調(diào)節(jié)作用。BR穩(wěn)態(tài)對于植株正常的生長和發(fā)育是關(guān)鍵的。盡管最近幾十年對于BR的合成、代謝及信號途徑的研究有了較快的進展,但是目前我們對于BR穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機制還知之甚少。在本研究中,我們從一個帶有激活標簽的T-DNA插入突變體庫中分離和鑒定了一個表現(xiàn)出籽粒細長和葉夾角增大表型的突變體slender grain Dominant(slg-D),通過基因的克隆與功能分析,揭示了引起slg-D突變體表型的遺傳和分子機理,并且從細胞形態(tài)及生理等方面對slg-D突變體進行了比較系統(tǒng)的研究,這加深了對水稻粒型及葉夾角調(diào)控機制的研究,同時也為水稻育種提供了理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1.相比于野生型,突變體slg-D具有細長籽粒和較大葉夾角的表型。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡的細胞形態(tài)觀察表明細胞大小的改變(特別是細胞長度的改變)導(dǎo)致了slg-D突變體的突變表型。遺傳分析結(jié)果表明slg-D基因突變表現(xiàn)為一單基因控制的半顯性遺傳。2.我們發(fā)現(xiàn)在突變體slg-D中由于T-DNA的插入導(dǎo)致基因LOC_Os08g44830和LOC_Os08g44840的表達量都顯著增加。我們的結(jié)果證明slg-D的突變表型是由LOC_Os08g44840的過表達導(dǎo)致的,因此,我們將LOC_Os08g44840命名為SLG。SLG編碼一個含445個氨基酸的BAHD家族酰基轉(zhuǎn)移酶蛋白,系統(tǒng)進化樹分析表明SLG類蛋白可以分為單子葉和雙子葉兩大類,而SLG屬于單子葉類,然而,至今為止,在其他單子葉物種中還沒有這一類基因功能的報道。3.熒光定量PCR結(jié)果顯示,SLG在幼穗中強烈表達,在葉枕中的表達相對較高,在莖尖、莖及葉片中低,在根和葉鞘中非常低;GUS組織染色和定量結(jié)果一致,另外GUS染色結(jié)果還顯示SLG的表達主要集中在維管組織中;原位雜交結(jié)果顯示,SLG主要在小穗分生組織原基、外穎原基、內(nèi)穎原基、花分生組織原基以及維管組織區(qū)域中表達;SLG主要在幼穗和葉枕處的表達暗示了它調(diào)控粒型和葉夾角的功能。亞細胞定位結(jié)果表明SLG蛋白在細胞質(zhì)和細胞核中都有定位。4. BR敏感性測試實驗發(fā)現(xiàn)在slg-D中BR敏感性并沒有發(fā)生改變,表明SLG不影響B(tài)R信號途徑。我們發(fā)現(xiàn)突變體slg-D經(jīng)BR合成抑制劑BRZ處理后其葉夾角恢復(fù)到了野生型的水平。在BR合成缺陷突變體d11-2和BR信號缺陷突變體d61-1中過表達SLG并沒有改變它們的表型。BR含量測定結(jié)果表明slg-D突變體中BR的水平增加了。相應(yīng)地,BR相關(guān)基因表達分析表明,在slg-D中,部分BR合成及信號基因的表達量發(fā)生了由于BR含量過量而引起的反饋調(diào)節(jié)變化。這些結(jié)果表明SLG正向調(diào)控內(nèi)源BR水平,它是一個新的BR穩(wěn)態(tài)調(diào)控者。5. SLG RNAi植株表現(xiàn)出株型更緊湊,株高降低,葉夾角減小和籽粒變短變圓的表型,這些表型類似于那些BR缺陷突變體的表型,比如d61和d11,進一步突出了SLG在調(diào)控BR穩(wěn)態(tài)上的功能。該發(fā)現(xiàn)還表明一個優(yōu)化的SLG的表達水平可能有助于創(chuàng)造一個緊湊和半矮化的理想株型。6.酵母雙雜交、體外pull-down及雙分子熒光互補(BiFC)實驗都證明SLG可以與自身互作形成同源復(fù)合體,同時也表明SLG的N端30個氨基酸區(qū)域(SLG△C4)是其自身互作所必需的。我們發(fā)現(xiàn)在野生型和slg-D中過表達截短的CDS SLG△C1能夠?qū)е氯~夾角減小、籽粒變短變圓及植株矮化的表型,這些表型類似于SLGRNAi植株的表型。這些結(jié)果從遺傳上證明SLG在體內(nèi)的確是以同源復(fù)合體起作用的。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511

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本文編號：1561004