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)錄因子對植物生長和發(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硝酸鹽信號途徑調(diào)控擬南芥?zhèn)雀l(fā)育的關(guān)鍵功能基因。生物信息學的分析結(jié)果顯示ANR1在水稻中有5個同源基因：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檢測了野生型材料日本晴中這5個基因?qū)I養(yǎng)元素氮(N)、磷(P)、硫(S)和激素的響應方式。我們的研究結(jié)果顯示這5個MADS-box家族基因?qū)、P、S的響應機制各不相同。本研究選擇了其中3個受N03-誘導的基因(OsMADS25, OsMADS27和OsMADS57)進行克隆,利用分子生物學技術(shù)對它們調(diào)控根系生長的分子機制進行研究。取得的主要研究結(jié)果如下：1.本研究首先檢測了野生型材料日本晴中,OsMADS25對N、P、S和激素的響應方式。OsMADS25基因表達受N03誘導,受NH4+抑制；受S饑餓誘導,重新供給S時表達量顯著下降；受P饑餓抑制；受NAA誘導,不受6-BA影響。本研究還發(fā)現(xiàn)OsMADS25蛋白主要在細胞核中表達。在擬南芥中過量表達OsMADS25能顯著促進擬南芥主根生長和增加側(cè)根數(shù)量,在有N03-存在時,過量表達OsMADS25能顯著增加擬南芥?zhèn)雀芏群烷L度。除此之外,OsMADS25也能顯著促進擬南芥地上部分的生長,這種促進作用在N03-出現(xiàn)時更加強烈。這些研究結(jié)果證明OsMADS25能調(diào)控擬南芥根系(主根長度、側(cè)根數(shù)量、側(cè)根密度和側(cè)根長度)和地上部分的生長。在水稻中的研究結(jié)果顯示,在N03-存在時,過量表達OsMADS25顯著促進水稻主根和側(cè)根生長,同時側(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,這個研究結(jié)果表明OsMADS25是通過參與N03-信號途徑調(diào)控水稻根系生長的重要因子。供給10mM KNO3時,與野生型相比,OsMADS25過量表達株系初生根長度和地上部分長度顯著增加,硝態(tài)氮含量顯著升高,硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因表達也顯著升高,但OsMADS25 RNAi干擾株系地上部分和初生根長度顯著降低,硝態(tài)氮含量顯著降低,硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因表達量顯著下降。對生長4周的轉(zhuǎn)基因材料進行測定,野生型和轉(zhuǎn)基因材料中氮素和磷素總含量沒有明顯差異,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)控擬南芥和水稻的抗鹽脅迫過程。2.本研究檢測了日本晴中OsMADS27對3種營養(yǎng)元素和激素的響應方式。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)OsMADS27基因表達受N03誘導,受NH4+抑制,不受谷氨酸鹽的影響；受S饑餓誘導,重新供給S時表達量下降；受P饑餓抑制；受NAA誘導,不受6-BA影響。本研究發(fā)現(xiàn)OsMADS27蛋白主要定位在細胞核中。在擬南芥中,過量表達OsMADS27能顯著促進擬南芥的主根生長和增加側(cè)根數(shù)量,但是對側(cè)根長度無顯著影響。對4周大小的轉(zhuǎn)基因水稻材料進行測定,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.本研究同時也檢測了日本晴中OsMADS57對N、P、S和激素的響應方式。研究發(fā)現(xiàn)OsMADS57基因表達受N03-誘導,受N饑餓抑制,不受其他氮源的影響；受S饑餓誘導,重新供給S時表達量下降；受NAA誘導,不受6-BA影響。本研究發(fā)現(xiàn)OsMADS57蛋白主要在細胞核中表達。對擬南芥野生型Col-0和OsMADS57過量表達株系進行不同濃度的N03-處理,研究發(fā)現(xiàn)只有在供給0.2mM KNO3時,OsMADS57過量表達能夠顯著促進主根生長和增加側(cè)根數(shù)量,無KN03時側(cè)根長度無顯著差異,但是供給KN03時側(cè)根長度顯著增加。綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)證明了OsMADS25是通過硝酸鹽信號途徑調(diào)控擬南芥和水稻根系和地上部分生長的重要因子。OsMADS27和OsMADS57也是通過硝酸鹽途徑影響擬南芥根系生長的重要功能基因。以上研究結(jié)果為研究水稻根系生長,提高水稻氮素利用效率提供了有力的理論依據(jù),并為通過遺傳學和生物學技術(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
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S511
【目錄】：

• 致謝7-8
• 中文摘要8-10
• Abstract10-18
• 第一章 文獻綜述18-42
• 1 水稻氮素營養(yǎng)意義18-20
• 1.1 氮素對水稻生產(chǎn)的重要意義18-19
• 1.2 如何有效的施用氮肥19-20
• 2 擬南芥和水稻對外界N03-的適應性研究進展20-30
• 2.1 硝酸鹽轉(zhuǎn)運體系20
• 2.2 硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白家族20-27
• 2.3 硝酸鹽的信號識別作用27-30
• 3 側(cè)根的生長發(fā)育過程30-38
• 3.1 水稻根系構(gòu)成30-31
• 3.2 側(cè)根的發(fā)育過程31-32
• 3.3 擬南芥根系對外界NO_3~-的適應性研究進展32-36
• 3.4 水稻中關(guān)于側(cè)根研究的最新進展36-38
• 4 MADS-box研究進展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NO_3~-信號途徑調(diào)控水稻生長的功能研究42-96
• 1 材料與方法42-70
• 1.1 植物材料和生長條件42
• 1.2 OsMADS25基因表達對N、P、S及激素的響應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對擬南芥根系生長的影響62-63
• 1.8 不同濃度NO_3~-條件下OsMADS25對水稻生長的影響63-66
• 1.9 OsMADS25蛋白的亞細胞定位66
• 1.10 生長素途徑響應基因的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-)含量的測定69-70
• 1.13 N總含量和P總含量的測定70
• 1.14 統(tǒng)計分析方法70
• 2 結(jié)果與分析70-93
• 2.1 OsMADS25基因表達對營養(yǎng)元素(N、P、S)和激素的響應方式70-74
• 2.2 OsMADS25蛋白的亞細胞定位74-75
• 2.3 轉(zhuǎn)基因材料的qRT-PCR鑒定75-77
• 2.4 OsMADS25對擬南芥生長的影響77-80
• 2.5 OsMADS25通過NO_3~-信號途徑調(diào)控水稻生長80-86
• 2.6 OsMADS25對鹽脅迫的響應86-91
• 2.7 生長素途徑響應基因的qRT-PCR分析91
• 2.8 OsMADS25基因過量表達及干擾對水稻N素和P素積累的影響91-92
• 2.9 OsMADS25基因過量表達及干擾對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 植物材料和生長條件96
• 1.2 OsMADS27基因表達對N、P、S及激素的響應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對擬南芥根系生長的影響97
• 1.8 OsMADS27蛋白的亞細胞定位97
• 1.9 生長素途徑響應基因的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-)含量的測定98-99
• 1.12 N總含量和P總含量的測定99
• 1.13 統(tǒng)計分析方法99
• 2 結(jié)果與分析99-107
• 2.1 OsMADS27基因表達對營養(yǎng)元素(N、P、S)和激素的響應方式99-101
• 2.2 OsMADS27蛋白的亞細胞定位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證103-105
• 2.5 鹽脅迫條件下OsMADS27對擬南芥幼苗生長的影響105
• 2.6 OsMADS27基因過量表達及干擾對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 生長素途徑響應基因的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 植物材料和生長條件110
• 1.2 OsMADS57基因表達對N、P、S及激素的響應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對擬南芥根系生長的影響111-112
• 1.8 OsMADS57蛋白的亞細胞定位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基因表達對N、P、S及激素的響應112-113
• 2.2 OsMADS57蛋白的亞細胞定位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證115-117
• 2.5 鹽脅迫條件下OsMADS57對擬南芥幼苗生長的影響117
• 3 討論117-119
• 第五章 OsMADS23和OsMADS61對N、P、S的響應119-127
• 1 材料與方法119
• 1.1 植物材料和生長條件119
• 1.2 OsMADS23和OsMADS61基因表達對N、P、S及激素的響應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基因表達對N、P、S及激素的響應119-122
• 2.2 OsNRT2；1、OsNAR2.1、OsIPS1及OsSULTR1；1對N饑餓和重新供給NO_3~-的響應122-123
• 2.3 OsNRT2;1、OsNAR2.1、OsIPSl及OsSULTR1；1對P饑餓和重新供給PO_4~(3-)的響應123-124
• 2.4 OsNRT2;1、OsNAR2.1、OsIPS1和OsSULTR1；1對S饑餓和重新供給SO_4~(2-)的響應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130-145
• 攻讀博士學位期間的研究成果145
• 作者簡歷145

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 黃沆;陳光輝;;水稻根系育種的研究現(xiàn)狀及展望[J];湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版);2009年S1期

2 朱禎;;轉(zhuǎn)基因水稻研發(fā)進展[J];中國農(nóng)業(yè)科技導報;2010年02期

3 ;Functional Characterization of a Putative Nitrate Transporter Gene Promoter from Rice[J];Acta Biochimica et Biophysica Sinica;2006年11期

4 董桂春;王余龍;張傳勝;張岳芳;陳培峰;楊連新;黃建曄;龍銀成;;氮素籽粒生產(chǎn)效率不同的秈稻品種物質(zhì)生產(chǎn)和分配的基本特點[J];作物學報;2007年01期

5 ;Gene Structure and Expression of the High-affinity Nitrate Transport System in Rice Roots[J];Journal of Integrative Plant Biology;2008年04期

6 程兆偉;鄒應斌;劉武;;水稻根系研究進展[J];作物研究;2006年05期

7 劉大同;荊彥平;李棟梁;余徐潤;王忠;;植物側(cè)根發(fā)育的研究進展[J];植物生理學報;2013年11期

8 劉大同;荊彥平;陳晶晶;余徐潤;王忠;;水稻的側(cè)根發(fā)育及其影響因素[J];作物學報;2014年08期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 曹放亮;蘇云金芽孢桿菌兩類殺蟲蛋白的遺傳改良和抗蟲性評價[D];浙江大學;2012年

2 蘇莎;水稻中ANR1同源基因的克隆與表達研究[D];浙江大學;2012年

3 牛田田;生長素與硝態(tài)氮信號互作參與擬南芥根系的生長發(fā)育[D];山東大學;2014年

  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：418415