【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)作為單子葉模式植物,其功能基因組學是世界科學家研究的熱點。葉色突變頻率高,表型易于鑒定,已成為研究植物光合作用,葉綠素生物合成、降解,葉綠體的發(fā)育、結構、功能、遺傳分化與調控的理想材料。以粳稻品種早香粳中發(fā)現的白條紋葉白穗天然突變體wp4為研究對象,對其進行了詳細的生理學、細胞學和遺傳學研究。結果表明wp4苗期葉片為白條紋狀,分蘗期逐漸轉綠。孕穗期劍葉、劍葉鞘出現嚴重白條紋,抽穗后突變體幼穗嚴重白化,但是成熟后發(fā)現育性正常;株高、穗粒數、單株產量顯著低于野生型,而抽穗期、分蘗數及千粒重等性狀與野生型無明顯差異。葉綠素測定發(fā)現,wp4苗期葉片,幼穗、劍葉、劍葉鞘葉綠素含量顯著低于野生型。突變體劍葉的凈光合速率也明顯低于野生型。對劍葉及幼穗細胞中葉綠體顯微結構觀察發(fā)現,突變體細胞中葉綠體數目顯著下降,部分細胞中葉綠體發(fā)育不良或無葉綠體。突變體wp4與秈稻品種南京11、培矮64及粳稻品種日本晴的雜種F1葉片及幼穗顏色都表現正常,其F2群體中正常與白穗單株都出現3:1分離,表明wp4白穗性狀符合單隱性基因控制的遺傳規(guī)律。利用從wp4與南京11衍生的F2群體中挑選出來的2937株白穗突變體表型單株,將突變體基因定位在第八染色體標記dCAPS8-4與Z29之間8.65 Kb的區(qū)域內�；蝾A測發(fā)現該區(qū)域內只包含1個ORF(OsAK1),其編碼蛋白為一個腺苷酸激酶(Adenylate kinase)。在突變體中的OsAK1表達量明顯低于其野生型,但是序列比對發(fā)現wp4與野生型在OsAK1區(qū)域及整個8.65kb內,核苷酸沒有差異。利用Ubi啟動子驅動OsAK1基因cDNA及基因組DNA轉化到wp4中,轉基因植株都能恢復類似野生型的正常表型,因此說明OsAK1就是WP4基因。組織表達顯示OsAK1在植物各個器官中都有表達,特別是在綠色組織中表達較高。亞細胞定位發(fā)現OsAK1編碼蛋白定位在葉綠體中。Real time RT-PCR分析發(fā)現很多葉色與光合作用相關基因在wp4中下調,該結果說明OsAK1調控著水稻葉片葉綠素的合成與光合作用。本研究結果初步闡明了WP4調控水稻葉綠素合成、葉綠體發(fā)育及光合作用的分子機理。
[Abstract]:Rice (Oryza sativa L.) As a monocotyledonous model plant, its functional genomics is a hot topic in the world. Leaf color mutation frequency is high, phenotype is easy to identify, it has become an ideal material to study photosynthesis, chlorophyll biosynthesis, degradation, chloroplast development, structure, function, genetic differentiation and regulation. The white striped leaf white ear mutants (wp4) found in japonica rice variety Zaoxiang japonica were studied in detail in physiology, cytology and genetics. The results showed that the leaves of wp4 were white striped at seedling stage and turned green gradually at tillering stage. At booting stage, serious white stripes appeared in the flag leaf sheath, and the young spikelets of the mutant after heading were albino seriously, but the fertility of the mutant was normal after maturation. The plant height, grain number per spike and yield per plant were significantly lower than those of wild type, but there was no significant difference between wild type and heading stage, tiller number and 1000-grain weight. Chlorophyll content of leaf, young ear and flag leaf sheath in seedling stage of wp4 was significantly lower than that in wild type. The net photosynthetic rate of the mutant flag leaf was also significantly lower than that of the wild type. The microstructures of chloroplasts in flag leaves and young panicle cells were observed. It was found that the number of chloroplasts in mutant cells decreased significantly, while chloroplast development in some cells was hypoplastic or no chloroplast was found. The color of leaves and young panicles of hybrid F1 of wp4 and indica rice varieties Nanjing 11, Pei'ai 64 and japonica rice Nippon Qing were normal, and 3:1 segregation was observed between normal and white panicle plants in F2 population. The results showed that the white ear character of wp4 was consistent with the genetic rule controlled by single recessive gene. Using 2937 white spike mutants selected from F2 population derived from wp4 and Nanjing 11, the mutant gene was located in the region of 8.65 Kb between dCAPS8-4 and Z29 on chromosome 8. Gene prediction found that there was only one ORF (OsAK1) in the region, which encoded an adenylate kinase (Adenylate kinase). The expression of OsAK1 in the mutant was significantly lower than that in the wild type, but sequence alignment showed that there was no difference in nucleotide between wp4 and wild type in the OsAK1 region and in the whole 8.65kb. The transformation of OsAK1 gene cDNA and genomic DNA into wp4 by Ubi promoter could restore the normal phenotype similar to wild type in transgenic plants. Therefore, OsAK1 is WP4 gene. Tissue expression showed that OsAK1 was expressed in all plant organs, especially in green tissues. Subcellular localization revealed that OsAK1 encoded protein was located in chloroplasts by. Real time RT-PCR analysis and many leaf color and photosynthesis related genes were down-regulated in wp4. The results suggested that OsAK1 regulated chlorophyll synthesis and photosynthesis in rice leaves. In this study, the molecular mechanism of WP4 regulating chlorophyll synthesis, chloroplast development and photosynthesis in rice was preliminarily elucidated.
【學位授予單位】：浙江農林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S511

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;中國首先向世界公布水稻基因圖[J];中國稻米;2002年03期

2 江澤民;在國際水稻大會上的講話[J];中國稻米;2002年06期

3 ;我國科學家“解讀”水稻基因[J];發(fā)明與革新;2002年06期

4 ;我國率先破譯水稻基因 解決全球一半人吃飯問題[J];國土經濟;2002年05期

5 ;水稻基因竟然比人的基因還多[J];科技廣場;2002年05期

6 平;用中國水稻養(yǎng)活全世界[J];南方農村;2002年04期

7 道吉;首屆國際水稻大會在京召開[J];南京農專學報;2002年03期

8 ;我國科學家“鳥槍”搞定水稻基因[J];農家之友;2002年05期

9 ;水稻基因“精細圖”讓中國農業(yè)吃了“定心丸”[J];江西農業(yè)科技;2003年01期

10 ;我國啟動破解雜交水稻基因功能密碼工程[J];食品科學;2005年08期

相關會議論文 前10條

1 趙基洪;;水稻與菰屬間性狀轉移研究[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術產業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

2 張國良;陳文軍;戴其根;許軻;霍中洋;張洪程;;水稻耐1，，2，4-三氯苯脅迫基因型的篩選[A];中國作物學會栽培專業(yè)委員會換屆暨學術研討會論文集[C];2007年

3 裴忠有;;水稻T—DNA插入群體的建立及突變體篩選[A];2008中國作物學會學術年會論文摘要集[C];2008年

4 張桂權;丁效華;曾瑞珍;張澤民;李文濤;陳兆貴;劉冠明;何風華;AkshayTulukdar;劉芳;席章營;黃朝鋒;朱文銀;易懋升;秦利軍;施軍瓊;趙芳明;馮明姬;單澤林;陳嵐;郭曉琴;JaiChandRana;;水稻功能基因組學材料平臺的建立[A];中國的遺傳學研究——中國遺傳學會第七次代表大會暨學術討論會論文摘要匯編[C];2003年

5 王景余;孫海波;李艷萍;鄒美智;;水稻遺傳轉化研究及應用進展[A];中國農業(yè)生物技術學會第三屆會員代表大會暨學術交流會論文摘要集[C];2006年

6 姬生棟;秦廣雍;耿颯;盛有名;薛華政;吳劉成;徐存拴;霍裕平;;離子束介導玉米基因組DNA的水稻后代遺傳性狀研究[A];全國作物生物技術與誘變技術學術研討會論文摘要集[C];2005年

7 李陽生;朱英國;;水稻設計育種[A];中國的遺傳學研究——中國遺傳學會第七次代表大會暨學術討論會論文摘要匯編[C];2003年

8 羅彥長;王守海;;分子標記輔助水稻抗病蟲育種進展[A];現代農業(yè)理論與實踐——安徽現代農業(yè)博士科技論壇論文集[C];2007年

9 沈輝;王宗陽;;水稻OsEBP89基因啟動子的功能分析[A];中國植物生理學會全國學術年會暨成立40周年慶祝大會學術論文摘要匯編[C];2003年

10 陳石燕;王宗陽;;T-DNA介導的promoter trap系統(tǒng)[A];中國植物生理學會第九次全國會議論文摘要匯編[C];2004年

相關重要報紙文章 前10條

1 ;日本破譯3.2萬個水稻基因[N];今日信息報;2003年

2 田耕;水稻基因組圖譜帶來希望與困惑[N];大眾科技報;2002年

3 本報記者 徐玲玲;楊煥明：評說水稻“基因大戰(zhàn)”[N];科技日報;2001年

4 本報駐美國記者 王如君;水稻基因研究里程碑（科技大觀）[N];人民日報;2002年

5 楊健、蔣建科;水稻基因“天書”被打開[N];人民日報;2005年

6 通訊員 婁沂春 記者 馬瑛瑛;浙大成功開發(fā)大容量水稻基因芯片[N];浙江日報;2001年

7 記者　韓曉玲、通訊員　王景剛;水稻基因研究獲突破性進展 將全面提升我國水稻國際競爭力[N];湖北日報;2006年

8 鄧肯;永久保護世界水稻資源協議簽訂[N];科技日報;2007年

9 徐瑞哲;滬蘇皖育出“軟糯”水稻新品種[N];農民日報;2006年

10 劉新萍;高個水稻具有玉米特性[N];江蘇科技報;2007年

相關博士學位論文 前10條

1 王兆海;水稻類病變相關基因SPL29的克隆和功能研究[D];武漢大學;2014年

2 楊慧;水稻精氨酸酶基因啟動子表達模式及精氨酸酶基因的功能研究[D];中國農業(yè)科學院;2014年

3 李萬昌;2個水稻苗期失綠葉基因的圖位克隆[D];中國農業(yè)科學院;2013年

4 陳雋;水稻穗型與粒型調控基因FUWA的圖位克隆與功能分析[D];中國農業(yè)科學院;2015年

5 黃立鈺;水稻抗旱比較轉錄組學分析及候選基因OsDRAP1功能驗證[D];中國農業(yè)科學院;2014年

6 劉小云;水稻H3K27甲基轉移酶基因的功能研究[D];華中農業(yè)大學;2014年

7 崔迪;粳稻抗逆性關聯分析及云南農家保護水稻地方品種遺傳多樣性的歷時變化[D];中國農業(yè)科學院;2015年

8 崔彥茹;利用選擇育種群體進行水稻高產、抗旱和耐鹽QTL定位[D];中國農業(yè)科學院;2015年

9 陳偉;水稻代謝組的生化及遺傳基礎研究[D];華中農業(yè)大學;2015年

10 周航;組配改良劑對土壤—水稻中重金屬遷移累積的影響[D];湖南農業(yè)大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 崔永濤;水稻半顯性矮稈基因(Semi-dominant Dwarf1)Si-dd1的精細定位[D];中國農業(yè)科學院;2015年

2 張遠森;基于通路分析法詮釋水稻農藝性狀全基因組關聯研究[D];昆明理工大學;2015年

3 沈孝輝;施硅對水稻砷吸收的影響[D];南京信息工程大學;2015年

4 章潘;水稻過氧化物酶體型醛縮酶OsAld-Y的功能研究[D];華中農業(yè)大學;2015年

5 蘇鋒;砷和草甘膦復合污染對水稻生長的影響及其機理研究[D];華中農業(yè)大學;2015年

6 王娜;水稻苗期耐鹽性鑒定及相關QTL分析[D];寧夏大學;2015年

7 王嬌;水稻抗旱性相關性狀的QTL定位分析[D];寧夏大學;2015年

8 朱曉龍;湘中某工礦區(qū)土壤、水稻鎘砷污染特征與遷移規(guī)律[D];中南林業(yè)科技大學;2015年

9 高曉慶;水稻稻瘟病抗性相關基因的篩選和功能鑒定[D];浙江師范大學;2015年

10 陳鵬程;水稻OsCBL5在植物耐鹽信號傳導中的作用研究[D];浙江師范大學;2015年

本文編號：2369945