水稻矮化劍葉卷曲基因DCFL1的圖位克隆和功能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、株高是水稻最重要的農藝性狀之一,直接影響水稻的抗倒伏和產量,大量矮桿突變體的出現引發(fā)了“第二次綠色革命”。劍葉是水稻最重要的功能葉,其形態(tài)特征關系到葉片間的通透性和光能利用率,直接影響水稻灌漿速度和籽粒飽滿度。因此,了解水稻株高的遺傳模式和劍葉發(fā)育的分子機理對水稻株型改良和豐產具有極其重要的意義。利用EMS誘變秈型水稻恢復系縉恢10號,從其后代鑒定到一個矮化劍葉基部特異卷曲突變體,暫命名為dcfl1(dwarf and curled f

2、lag leaf1)。本文對dcfl1進行了表型和細胞學觀察,光合色素含量和光合參數分析,并開展了基因定位、圖位克隆、表達模式分析和功能驗證等研究。主要結果如下:
  1. dcfl1的表型分析和農藝性狀調查
  突變體dcfl1全生育期表現出矮化性狀,dcfl1的細胞長度明顯比野生型短,達到了極顯著水平,而細胞寬度無顯著差異。抽穗期dcfl1劍葉的葉片和葉鞘連接處硬化,劍葉基部展開受阻,半邊葉片向內卷曲。劍葉上部和中部正常

3、,其他葉片也正常。農藝性狀分析發(fā)現,與野生型相比,dcfl1的有效穗數為14.2,極顯著高于野生型的11.6,穗粒數、實粒數、結實率和千粒重等則無顯著變化。
  2. dcfl1的光合色素含量和光合參數測定
  開花期對光合色素含量測定結果顯示,dcfl1的劍葉、倒2葉和倒3葉的葉綠素 a含量均極顯著高于野生型,類胡蘿卜素含量也略有升高,但僅劍葉達到極顯著差異水平,葉綠素 b含量則無顯著變化。光合參數測定發(fā)現,與野生型相比,

4、 dcfl1的胞間CO2濃度無明顯變化,凈光合速率Pn、氣孔導度Gs和蒸騰速率Tr則顯著降低。
  3. dcfl1的遺傳分析與基因定位
  利用雜交組合西農1A/dcfl1的 F1、F2群體進行遺傳分析,表明dcfl1突變表型受1對隱性核基因控制。以西農1A/dcfl1雜交組合的620株F2隱性單株為定位群體,利用SSR標記和InDel標記進行基因定位,最終將DCFL1定位在第3染色體Ind03-11和Ind03-6之間,

5、物理距離約為78kb。
  4. DCFL1基因的克隆與蛋白分析
  對定位區(qū)間內的15個注釋基因進行基因測序,發(fā)現LOC_Os03g04680在dcfl1中發(fā)生了一個G-A的堿基替換,導致編碼的氨基酸從半胱氨酸變成了酪氨酸,初步確定為DCFL1的候選基因。DCFL1編碼細胞色素P450加單氧酶OsCYP96B4,屬于CYP86家族中的CYP96亞家族。
  5. DCFL1候選基因的確定
  利用野生型DCFL

6、1基因組片段包括上游2875bp、編碼框和下游1315bp構建互補表達載體,通過農桿菌介導遺傳轉化突變體 dcfl1。在轉基因植株中,我們共鑒定了12株陽性轉基因植株,表型觀察發(fā)現突變體表型得以恢復,確定了LOC_Os03g04680是DCFL1基因。
  6. DCFL1基因的表達模式分析
  通過半定量RT-PCR和qPCR等技術進行表達模式分析,結果表明DCFL1在根、莖、葉和穗中都有表達;在葉片和葉鞘中表達量較高,其

7、中,劍葉葉鞘表達量最高。利用 GUS試驗進一步探究 DCFL1基因表達模式。GUS染色結果表明DCFL1基因在各器官均有表達,這與半定量RT-PCR和qPCR結果一致。
  7. DCFL1基因與激素的關系
  激素處理實驗發(fā)現不同濃度的BR和GA3均無法使突變體dcfl1和等位突變體dcfl1-1矮化表型得以恢復。說明兩個突變體的矮化表型不受外源BR和GA3的影響,但在沒有驗證其他植物激素的響應以及沒有檢測突變體 dcfl

8、1和突變體dcfl1-1內源激素的前提下,不能排除DCFL1參與植物激素代謝途徑的可能性。
  8. DCFL1基因可能參與表皮蠟質的合成
  對突變體 dcfl1卷曲的劍葉基部表皮進行掃描電鏡觀察發(fā)現 dcfl1的兩個小葉脈之間存在溝壑,導致dcfl1表皮蠟質覆蓋面積減少。葉綠素浸析試驗結果發(fā)現dcfl1的表皮滲透性升高,導致葉綠素比野生型更容易提取出來,暗示著dcfl1表皮蠟質含量要低于野生型。這些結果表明DCFL1可能

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