首页> 中文学位 >水稻长叶毛基因Hairy Leaf6的图位克隆与功能分析
【6h】

水稻长叶毛基因Hairy Leaf6的图位克隆与功能分析

代理获取

目录

声明

摘要

缩略词表

1 前言

1.1 研究问题的由来

1.2 表皮毛研究进展

1.2.1 影响表皮毛启动的调控因子

1.2.2 调控表皮毛启始的分子网络

1.2.3 影响表皮毛形态的调控因子

1.2.4 植物激素对表皮毛发育的调控

1.3 生长素调控途径的研究进展

1.3.1 生长素的合成

1.3.2 生长素的运输

1.3.3 生长素的信号途径

1.4 AP2基因研究进展

1.4.1 AP2家族蛋白的特征与分类

1.4.2 AP2蛋白的功能研究

1.4.3 ERF蛋白的功能研究

1.5 水稻表皮毛的遗传研究

1.5.1 水稻光叶基因的研究

1.5.2 水稻长毛基因的研究

1.6 研究目的和意义

2 材料与方法

2.1 研究材料

2.1.1 试验亲本材料

2.1.2 遗传分析的分离群体

2.1.3 研究基因功能的其他材料

2.2 试验方法

2.2.1 田间种植

2.2.2 叶毛表型观察

2.2.3 DNA和RNA的提取

2.2.4 RT-PGR与real-time PCR

2.2.5 标记的开发

2.2.6 引物设计、合成以及测序

2.2.7 全基因组关联分析

2.2.8 载体构建

2.2.9 亚细胞定位

2.2.10 GUS染色和石蜡切片

2.2.11 激素处理

2.2.12 生长素含量测定

2.2.13 酵母杂交

2.2.15 GST Pull Down

2.2.16 凝胶迁移实验(EMSA)

2.2.17 核酸多样性与同源蛋白分析

2.2.18 高温处理与叶片失水速率调查

2.2.19 产量性状考察

2.2.20 数据统计分析

3 结果与分析

3.1 叶毛关联分析与候选基因验证

3.1.1 水稻核心种质的叶毛表型

3.1.2 水稻叶毛表型的全基因组关联分析

3.1.3 候选基因分析与验证

3.2 长毛基因HL6的图位克隆与功能分析

3.2.1 HL6的遗传分析与初定位

3.2.2 HL6的精细定位和候选基因功能验证

3.2.3 HL6的特征分析

3.2.4 HL6的功能研究

3.2.5 HL6参与生长素调控途径

3.3 HL6与OsWOX3B的互作

3.3.1 OsQOX3B调控表皮毛的起始

3.3.2 HL6与OsWOX3B的遗传互作

3.3.3 HL6与OsWOX3B的分子互作

3.3.4 OsWOX3B调控HL6表达

3.3.5 OsWOX3B参与调控生长素途径

3.3.6 HL6-OsWOX3B复合体调控OsYUCCA5表达

3.4 HL6对抗逆和产量的影响

3.5 HL6的基因多样性分析

4 讨论

4.3 HL6与OsWOX3B遗传互作的生物学基础

4.4 OsWOX3B转录调控HL6对表皮毛发育的影响

4.5 HL6与OsWOx3B蛋白互作对表皮毛发育的影响

4.6 HL6对植物生长发育的影响

4.7 GWAS位点与HL6的关系

参考文献

附录

致谢

展开▼

摘要

表皮毛是一种由植物表皮细胞特化形成的组织,广泛分布于各种植物的表面。表皮毛可以在植物表皮形成一层物理屏障,帮助植物抵御病虫的侵害、疏散叶片表面的热量、减少紫外线的辐射伤害以及降低水分的蒸腾速率,对植物抵御各种逆境和胁迫具有积极的作用。表皮毛作为一种细胞的特殊形态,是研究细胞生长发育和分化等生物学过程的经典模式,在拟南芥中进行了广泛的研究;水稻作为单子叶模式植物,以往的研究多集中于株型、产量、品质以及抗性等方面,对表皮毛的研究较少。为了解析调控水稻表皮毛生长发育的遗传基础和分子机制,本研究利用关联分析和连锁分析的方法研究了调控水稻叶片表皮毛性状的遗传基础,图位克隆了控制长毛叶表型的关键基因HL6,并研究了其功能,提出了水稻表皮毛发育的分子调控模型,得到的主要结果如下:
  1.对253份核心种质的叶毛表型进行调查发现水稻种质中存在3种叶毛表型:光滑、短毛和长毛。利用50K的SNP芯片基因型进行叶毛性状的全基因组关联分析,在第6染色体上检测到2个与长毛表型显著关联的位点,对2个候选基因Loc_Os06g44300和Loc_Os06g44320进行超量表达,结果显示这2个基因的转基因植株的表皮毛都没有明显的变化,表明可能由其他的基因调控水稻种质中叶毛表型的变异。
  2.对长毛品系W39与短毛品种ZS97构建的F2群体分析发现叶片长毛表型由单位点显性基因控制;利用BSA方法将控制长毛表型的基因初步定位到第6染色体上,命名为Hairy Leaf6(HL6),进一步将HL6精细定位到S5至S9的55kb区间内,互补转化的结果表明Loc_Os06g44750就是HL6基因。序列比对显示双亲间HL6的启动子和编码区都存在变异,导致HL6的表达水平和氨基酸序列都存在差异。通过互补载体的启动子替换以及不同HL6等位基因的超表达转化发现由启动子调控的HL6的转录水平对调控表皮毛的伸长具有主要作用,而蛋白结构的变化对表皮毛的伸长没有明显的影响。
  3.HL6编码含有1个AP2结构域的转录因子,定位于细胞核,通过C端发挥转录激活的功能。同源分析显示HL6与拟南芥控制子叶异位表皮毛形成的EMBRYOMAKER蛋白关系最近,表明AP2蛋白在调控单子叶和双子叶植物表皮毛发育的过程中可能具有保守的功能。
  4.激素处理发现HL6ZS97的表达受生长素的轻微抑制,而HL6W39受到大约2倍的诱导;分析发现位于HL6启动子-2375位的A/C SNP和-2361位的19bpINDEL会造成HL6ZS97启动子中的2个生长素反应元件发生突变,导致OsARF25不能与这2个生长素反应元件互作,引起了HL6W39和HL6ZS97对生长素的不同反应,进而导致了表达水平的差异。
  5.对长毛品系W39和光叶品种LEMONT构建的F2群体分析发现控制长毛表型的HL6与控制光叶表型的Os WOX3B存在遗传互作,HL6调控的长毛表型依赖于有功能的Os WOX3B。EMSA和酵母单杂交的结果显示OsWOX3B通过结合HL6的启动子直接调控HL6的转录。双分子荧光互补实验(BiFC)、酵母双杂交和体外蛋白质结合分析的结果显示HL6与OsWOX3B之间也存在蛋白互作,通过AP2和HD结构域形成蛋白复合体,共同调控OsYUCCA5、OsPINla、OsARF4和OsARF7的表达,影响生长素的含量和分布。HL6和OsWOX3B可以直接结合OsYUCCA5从而调控其表达,并且HL6与OsWOX3B之间的蛋白互作可以增强HL6蛋白与OsYUCCA5的结合能力。
  6.高温处理和失水速率的结果表明HL6控制的长毛表型可以提高水稻幼苗对高温的抗性,降低叶片水分的蒸腾速率,对提高水稻的抗旱能力具有积极的作用;产量性状的考察结果显示HL6对水稻的产量有一定的抑制作用。
  7.单倍型分析发现HL6在种质中至少有10种单倍型,其中控制长毛表型的HL6W39所在单倍型H10的频率非常稀少。栽培稻中HL6的核酸多样性只有野生稻的1/10,Tajima's D以及其他检验的结果显示HL6在籼稻中显著的偏离了中性进化的期望值,表明籼稻中控制长毛表型的HL6W39来源于野生稻,在水稻驯化过程中受到了强烈的选择。
  以上研究结果对解析HL6和Os WOX3B参与生长素途径调控植物表皮毛发育的分子网络提供了新的认识,同时对利用HL6改良水稻的叶毛性状以及产量性状提供了理论基础。

著录项

  • 作者

    孙文强;

  • 作者单位

    华中农业大学;

  • 授予单位 华中农业大学;
  • 学科 作物遗传育种
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 余四斌;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 S511.03;
  • 关键词

    水稻; 表皮毛发育; 长叶毛基因; 生长调控;

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号