發(fā)布時(shí)間：2017-06-03 14:23

  本文關(guān)鍵詞：ANR1在水稻中的同源基因OsMADS25、OsMADS27和OsMADS57的克隆和功能分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MADS-box家族轉(zhuǎn)錄因子對(duì)植物生長(zhǎng)和發(fā)育調(diào)控起著重要調(diào)控作用,但是其中大部分基因功能至今仍不清楚。ANR1是已被鑒定的可通過(guò)硝酸鹽信號(hào)途徑調(diào)控?cái)M南芥?zhèn)雀l(fā)育的關(guān)鍵功能基因。生物信息學(xué)的分析結(jié)果顯示ANR1在水稻中有5個(gè)同源基因：OsMADS23,OsMADS25, OsMADS27, OsMADS57和OsMADS61,它們都屬于擬南芥AGL17基因家族。本研究用熒光定量PCR檢測(cè)了野生型材料日本晴中這5個(gè)基因?qū)I(yíng)養(yǎng)元素氮(N)、磷(P)、硫(S)和激素的響應(yīng)方式。我們的研究結(jié)果顯示這5個(gè)MADS-box家族基因?qū)、P、S的響應(yīng)機(jī)制各不相同。本研究選擇了其中3個(gè)受N03-誘導(dǎo)的基因(OsMADS25, OsMADS27和OsMADS57)進(jìn)行克隆,利用分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)它們調(diào)控根系生長(zhǎng)的分子機(jī)制進(jìn)行研究。取得的主要研究結(jié)果如下：1.本研究首先檢測(cè)了野生型材料日本晴中,OsMADS25對(duì)N、P、S和激素的響應(yīng)方式。OsMADS25基因表達(dá)受N03誘導(dǎo),受NH4+抑制；受S饑餓誘導(dǎo),重新供給S時(shí)表達(dá)量顯著下降；受P饑餓抑制；受NAA誘導(dǎo),不受6-BA影響。本研究還發(fā)現(xiàn)OsMADS25蛋白主要在細(xì)胞核中表達(dá)。在擬南芥中過(guò)量表達(dá)OsMADS25能顯著促進(jìn)擬南芥主根生長(zhǎng)和增加側(cè)根數(shù)量,在有N03-存在時(shí),過(guò)量表達(dá)OsMADS25能顯著增加擬南芥?zhèn)雀芏群烷L(zhǎng)度。除此之外,OsMADS25也能顯著促進(jìn)擬南芥地上部分的生長(zhǎng),這種促進(jìn)作用在N03-出現(xiàn)時(shí)更加強(qiáng)烈。這些研究結(jié)果證明OsMADS25能調(diào)控?cái)M南芥根系(主根長(zhǎng)度、側(cè)根數(shù)量、側(cè)根密度和側(cè)根長(zhǎng)度)和地上部分的生長(zhǎng)。在水稻中的研究結(jié)果顯示,在N03-存在時(shí),過(guò)量表達(dá)OsMADS25顯著促進(jìn)水稻主根和側(cè)根生長(zhǎng),同時(shí)側(cè)根數(shù)量和側(cè)根密度顯著增加,而OsMADS25 RNAi干擾株系則表現(xiàn)出了完全相反的表型,這個(gè)研究結(jié)果表明OsMADS25是通過(guò)參與N03-信號(hào)途徑調(diào)控水稻根系生長(zhǎng)的重要因子。供給10mM KNO3時(shí),與野生型相比,OsMADS25過(guò)量表達(dá)株系初生根長(zhǎng)度和地上部分長(zhǎng)度顯著增加,硝態(tài)氮含量顯著升高,硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)也顯著升高,但OsMADS25 RNAi干擾株系地上部分和初生根長(zhǎng)度顯著降低,硝態(tài)氮含量顯著降低,硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)量顯著下降。對(duì)生長(zhǎng)4周的轉(zhuǎn)基因材料進(jìn)行測(cè)定,野生型和轉(zhuǎn)基因材料中氮素和磷素總含量沒(méi)有明顯差異,但是OsMADS25 RNAi干擾株系中地上部分的N03-含量和S042-含量顯著降低,根系的N03-含量、S042-含量以及P043-含量顯著降低。本研究初步結(jié)果還顯示OsMADS25參與調(diào)控?cái)M南芥和水稻的抗鹽脅迫過(guò)程。2.本研究檢測(cè)了日本晴中OsMADS27對(duì)3種營(yíng)養(yǎng)元素和激素的響應(yīng)方式。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)OsMADS27基因表達(dá)受N03誘導(dǎo),受NH4+抑制,不受谷氨酸鹽的影響；受S饑餓誘導(dǎo),重新供給S時(shí)表達(dá)量下降；受P饑餓抑制；受NAA誘導(dǎo),不受6-BA影響。本研究發(fā)現(xiàn)OsMADS27蛋白主要定位在細(xì)胞核中。在擬南芥中,過(guò)量表達(dá)OsMADS27能顯著促進(jìn)擬南芥的主根生長(zhǎng)和增加側(cè)根數(shù)量,但是對(duì)側(cè)根長(zhǎng)度無(wú)顯著影響。對(duì)4周大小的轉(zhuǎn)基因水稻材料進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)野生型和轉(zhuǎn)基因材料中氮素和磷素總含量沒(méi)有顯著差異,但是OsMADS27干擾株系根系中N03-含量、SO42-含量以及P043-含量與野生型相比顯著降低。3.本研究同時(shí)也檢測(cè)了日本晴中OsMADS57對(duì)N、P、S和激素的響應(yīng)方式。研究發(fā)現(xiàn)OsMADS57基因表達(dá)受N03-誘導(dǎo),受N饑餓抑制,不受其他氮源的影響；受S饑餓誘導(dǎo),重新供給S時(shí)表達(dá)量下降；受NAA誘導(dǎo),不受6-BA影響。本研究發(fā)現(xiàn)OsMADS57蛋白主要在細(xì)胞核中表達(dá)。對(duì)擬南芥野生型Col-0和OsMADS57過(guò)量表達(dá)株系進(jìn)行不同濃度的N03-處理,研究發(fā)現(xiàn)只有在供給0.2mM KNO3時(shí),OsMADS57過(guò)量表達(dá)能夠顯著促進(jìn)主根生長(zhǎng)和增加側(cè)根數(shù)量,無(wú)KN03時(shí)側(cè)根長(zhǎng)度無(wú)顯著差異,但是供給KN03時(shí)側(cè)根長(zhǎng)度顯著增加。綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)證明了OsMADS25是通過(guò)硝酸鹽信號(hào)途徑調(diào)控?cái)M南芥和水稻根系和地上部分生長(zhǎng)的重要因子。OsMADS27和OsMADS57也是通過(guò)硝酸鹽途徑影響擬南芥根系生長(zhǎng)的重要功能基因。以上研究結(jié)果為研究水稻根系生長(zhǎng),提高水稻氮素利用效率提供了有力的理論依據(jù),并為通過(guò)遺傳學(xué)和生物學(xué)技術(shù)途徑培育氮素高利用率的品種提供重要的基因資源。
【關(guān)鍵詞】：擬南芥 水稻 ANR1 MADS-box 硝酸鹽 側(cè)根 根系
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S511
【目錄】：

• 致謝7-8
• 中文摘要8-10
• Abstract10-18
• 第一章 文獻(xiàn)綜述18-42
• 1 水稻氮素營(yíng)養(yǎng)意義18-20
• 1.1 氮素對(duì)水稻生產(chǎn)的重要意義18-19
• 1.2 如何有效的施用氮肥19-20
• 2 擬南芥和水稻對(duì)外界N03-的適應(yīng)性研究進(jìn)展20-30
• 2.1 硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體系20
• 2.2 硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族20-27
• 2.3 硝酸鹽的信號(hào)識(shí)別作用27-30
• 3 側(cè)根的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程30-38
• 3.1 水稻根系構(gòu)成30-31
• 3.2 側(cè)根的發(fā)育過(guò)程31-32
• 3.3 擬南芥根系對(duì)外界NO_3~-的適應(yīng)性研究進(jìn)展32-36
• 3.4 水稻中關(guān)于側(cè)根研究的最新進(jìn)展36-38
• 4 MADS-box研究進(jìn)展38-40
• 4.1 MADS-box基因的研究38-39
• 4.2 ANR1基因的研究39-40
• 5 本研究的目的和意義40-42
• 第二章 OsMADS25通過(guò)NO_3~-信號(hào)途徑調(diào)控水稻生長(zhǎng)的功能研究42-96
• 1 材料與方法42-70
• 1.1 植物材料和生長(zhǎng)條件42
• 1.2 OsMADS25基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)42-44
• 1.3 基因克隆和載體構(gòu)建44-55
• 1.4 水稻遺傳轉(zhuǎn)化與株系篩選55-61
• 1.5 擬南芥轉(zhuǎn)化及株系篩選61-62
• 1.6 熒光定量PCR62
• 1.7 OsMADS25對(duì)擬南芥根系生長(zhǎng)的影響62-63
• 1.8 不同濃度NO_3~-條件下OsMADS25對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響63-66
• 1.9 OsMADS25蛋白的亞細(xì)胞定位66
• 1.10 生長(zhǎng)素途徑響應(yīng)基因的qRT-PCR分析66-67
• 1.11 鹽脅迫處理轉(zhuǎn)基因植株67-69
• 1.12 NO_3~-、SO_4~(2-)和PO_4~(3-)含量的測(cè)定69-70
• 1.13 N總含量和P總含量的測(cè)定70
• 1.14 統(tǒng)計(jì)分析方法70
• 2 結(jié)果與分析70-93
• 2.1 OsMADS25基因表達(dá)對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素(N、P、S)和激素的響應(yīng)方式70-74
• 2.2 OsMADS25蛋白的亞細(xì)胞定位74-75
• 2.3 轉(zhuǎn)基因材料的qRT-PCR鑒定75-77
• 2.4 OsMADS25對(duì)擬南芥生長(zhǎng)的影響77-80
• 2.5 OsMADS25通過(guò)NO_3~-信號(hào)途徑調(diào)控水稻生長(zhǎng)80-86
• 2.6 OsMADS25對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)86-91
• 2.7 生長(zhǎng)素途徑響應(yīng)基因的qRT-PCR分析91
• 2.8 OsMADS25基因過(guò)量表達(dá)及干擾對(duì)水稻N素和P素積累的影響91-92
• 2.9 OsMADS25基因過(guò)量表達(dá)及干擾對(duì)NO_3~-、SO_4~(2-)和PO_4~(3-)含量的影響92-93
• 3 討論93-96
• 第三章 OsMADS27的克隆和功能分析96-110
• 1 材料與方法96-99
• 1.1 植物材料和生長(zhǎng)條件96
• 1.2 OsMADS27基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)96
• 1.3 基因克隆和載體構(gòu)建96-97
• 1.4 水稻遺傳轉(zhuǎn)化與株系篩選97
• 1.5 擬南芥轉(zhuǎn)化及株系篩選97
• 1.6 RNA提取及熒光定量PCR97
• 1.7 OsMADS27對(duì)擬南芥根系生長(zhǎng)的影響97
• 1.8 OsMADS27蛋白的亞細(xì)胞定位97
• 1.9 生長(zhǎng)素途徑響應(yīng)基因的qRT-PCR分析97-98
• 1.10 鹽脅迫處理轉(zhuǎn)基因植株98
• 1.11 NO_3~-、SO_4~(2-)和PO_4~(3-)含量的測(cè)定98-99
• 1.12 N總含量和P總含量的測(cè)定99
• 1.13 統(tǒng)計(jì)分析方法99
• 2 結(jié)果與分析99-107
• 2.1 OsMADS27基因表達(dá)對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素(N、P、S)和激素的響應(yīng)方式99-101
• 2.2 OsMADS27蛋白的亞細(xì)胞定位101
• 2.3 轉(zhuǎn)基因株系的qRT-PCR鑒定101-103
• 2.4 OsMADS27在擬南芥中的功能驗(yàn)證103-105
• 2.5 鹽脅迫條件下OsMADS27對(duì)擬南芥幼苗生長(zhǎng)的影響105
• 2.6 OsMADS27基因過(guò)量表達(dá)及干擾對(duì)水稻氮素和磷素積累的影響105-106
• 2.7 OsMADS27轉(zhuǎn)基因植株中NO_3~-、SO_4~(2-)和PO_4~(3-)含量的分析106-107
• 2.8 生長(zhǎng)素途徑響應(yīng)基因的qRT-PCR分析107
• 3 討論107-110
• 第四章 OsMADS57的克隆和功能分析110-119
• 1 材料與方法110-112
• 1.1 植物材料和生長(zhǎng)條件110
• 1.2 OsMADS57基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)110
• 1.3 基因克隆和載體構(gòu)建110-111
• 1.4 水稻遺傳轉(zhuǎn)化與株系篩選111
• 1.5 擬南芥轉(zhuǎn)化及株系篩選111
• 1.6 RNA提取及熒光定量PCR111
• 1.7 OsMADS57對(duì)擬南芥根系生長(zhǎng)的影響111-112
• 1.8 OsMADS57蛋白的亞細(xì)胞定位112
• 1.9 鹽脅迫處理轉(zhuǎn)基因植株112
• 2 結(jié)果與分析112-117
• 2.1 OsMADS57基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)112-113
• 2.2 OsMADS57蛋白的亞細(xì)胞定位113-114
• 2.3 轉(zhuǎn)基因材料的qRT-PCR鑒定114-115
• 2.4 OsMADS57在擬南芥中的功能驗(yàn)證115-117
• 2.5 鹽脅迫條件下OsMADS57對(duì)擬南芥幼苗生長(zhǎng)的影響117
• 3 討論117-119
• 第五章 OsMADS23和OsMADS61對(duì)N、P、S的響應(yīng)119-127
• 1 材料與方法119
• 1.1 植物材料和生長(zhǎng)條件119
• 1.2 OsMADS23和OsMADS61基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)119
• 1.3 RNA提取及熒光定量PCR119
• 2 結(jié)果與分析119-125
• 2.1 OsMADS23和OsMADS61基因表達(dá)對(duì)N、P、S及激素的響應(yīng)119-122
• 2.2 OsNRT2；1、OsNAR2.1、OsIPS1及OsSULTR1；1對(duì)N饑餓和重新供給NO_3~-的響應(yīng)122-123
• 2.3 OsNRT2;1、OsNAR2.1、OsIPSl及OsSULTR1；1對(duì)P饑餓和重新供給PO_4~(3-)的響應(yīng)123-124
• 2.4 OsNRT2;1、OsNAR2.1、OsIPS1和OsSULTR1；1對(duì)S饑餓和重新供給SO_4~(2-)的響應(yīng)124-125
• 3 討論125-127
• 第六章 全文總結(jié)與展望127-130
• 1 全文總結(jié)127-128
• 2 展望128-130
• 參考文獻(xiàn)130-145
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果145
• 作者簡(jiǎn)歷145

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：ANR1在水稻中的同源基因OsMADS25、OsMADS27和OsMADS57的克隆和功能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：418415