【摘要】：水稻是重要的糧食作物,是全球近一半人口的主食。隨著人口的不斷增長(zhǎng),水稻產(chǎn)量的需求也在不斷增長(zhǎng)。水稻產(chǎn)量是一個(gè)復(fù)雜的性狀,由單位面積的有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重等構(gòu)成,其中每穗實(shí)粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大。植株形態(tài)主要包括株高、分蘗角、葉片夾角和穗形態(tài),其中分蘗角是理想株型的重要組成部分,決定單位面積的有效穗數(shù),從而影響產(chǎn)量。激素調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育,影響植株形態(tài)。生長(zhǎng)素通過(guò)極性運(yùn)輸、橫向運(yùn)輸和在韌皮部進(jìn)行的非極性被動(dòng)運(yùn)輸?shù)确绞皆谥参矬w內(nèi)完成濃度梯度的分布。生長(zhǎng)素的信號(hào)途徑則以依賴(lài)泛素化的SCFTIR1/AFBs-Aux/IAAs-ARFs反應(yīng)流程為核心。細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素發(fā)生拮抗作用,共同參與植物生長(zhǎng)發(fā)育多個(gè)階段的調(diào)控,細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素最適濃度的維持有利于作物的增產(chǎn)。在轉(zhuǎn)基因過(guò)程中我們得到了一個(gè)晚花突變體,其一次枝梗數(shù)、每穗穎花數(shù)增多,谷粒變小,最終產(chǎn)量得到了顯著提高。我們基于突變體材料,對(duì)穗形發(fā)育開(kāi)展細(xì)胞學(xué)水平,轉(zhuǎn)錄水平和生理水平的系列分析,得到了如下研究結(jié)果:1.通過(guò)側(cè)翼序列分離,表達(dá)量檢測(cè),我們發(fā)現(xiàn)該突變體是由于超表達(dá)載體轉(zhuǎn)基因偶然插入OsAFB6基因的啟動(dòng)子區(qū)域,從而造成OsAFB6基因超表達(dá),而非原目的基因異位超表達(dá)造成。2.OsAFB6基因啟動(dòng)子區(qū)間含有光和生長(zhǎng)素響應(yīng)元件,其傾向于在幼嫩的莖端分生組織、穎花原基和生殖器官(柱頭和子房)中表達(dá)。在光照條件的誘導(dǎo)下,該基因表達(dá)量上升。3.RNA-seq以及q RT-PCR表明分析,OsAFB6超表達(dá)突變體在長(zhǎng)短日照條件下均能抑制光周期基因Ehd1、成花素基因RFT1和Hd3a,從而在長(zhǎng)短日照下分別延遲開(kāi)花約22天和12天,增產(chǎn)都達(dá)到50%以上。并發(fā)現(xiàn)OsAFB6參與了生長(zhǎng)素運(yùn)輸、信號(hào)途徑以及細(xì)胞分裂素途徑的調(diào)控。其中包括OsAFB6超表達(dá)突變體中,細(xì)胞分裂素氧化酶基因Gn1a的下調(diào),從而減少了細(xì)胞分裂素的降解。4.顯微切片和掃描電鏡技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)OsAFB6超表達(dá)突變體通過(guò)增大穗頸節(jié)直徑,增多維管束數(shù)目,增強(qiáng)同化物運(yùn)輸。幼穗生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素濃度的測(cè)定表明,OsAFB6超表達(dá)使幼穗中細(xì)胞分裂素濃度上升,生長(zhǎng)素濃度下降。這一結(jié)果在激素水平合理解釋了為什么突變體一次枝梗數(shù)目增加,每穗穎花數(shù)增加。5.在一定范圍內(nèi),OsAFB6基因不同程度的表達(dá)量提高,會(huì)造成不同程度的開(kāi)花期延遲和產(chǎn)量增長(zhǎng)。因此在將來(lái)的高產(chǎn)育種過(guò)程中,育種家們可以構(gòu)建一系列具有不同OsAFB6基因表達(dá)量的家系,選擇生育期最合適的家系用于不同種植區(qū)域,使水稻充分利用當(dāng)?shù)刈匀还鉁刭Y源,谷物產(chǎn)量最大化。在另一個(gè)研究中,我們?cè)谵D(zhuǎn)基因時(shí)得到了一個(gè)大分蘗角度lazy形態(tài)的突變體,基于突變體材料和自然群體,利用各種生物學(xué)、生物信息學(xué)和遺傳學(xué)方法,在LAZY1基因調(diào)控分蘗角功能研究中得到如下結(jié)果:1.我們?cè)谵D(zhuǎn)基因后代發(fā)現(xiàn)匍匐生長(zhǎng)的單株,但是TAIL-PCR分析并未得到側(cè)翼序列,而很可能是在組織培養(yǎng)過(guò)程中LAZY1產(chǎn)生了突變。比較測(cè)序發(fā)現(xiàn),與野生型日本晴對(duì)照相比,突變體材料的LAZY1基因最后一個(gè)外顯子及其前后內(nèi)含子和3’非翻譯區(qū)部分序列缺失了268-bp片段,導(dǎo)致LAZY1基因功能喪失,從而產(chǎn)生匍匐生長(zhǎng)表型。2.LAZY1基因啟動(dòng)子區(qū)間含有多個(gè)光響應(yīng)順式元件,它在暗條件下表達(dá)更為強(qiáng)烈。LAZY1具有在胚芽、幼苗和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期的莖等分生活躍的部位高表達(dá)的表達(dá)模式。3.根據(jù)對(duì)LAZY1共表達(dá)基因的分析,以及對(duì)其突變體材料中相關(guān)基因的表達(dá)量檢測(cè),我們發(fā)現(xiàn)LAZY1調(diào)控多個(gè)生長(zhǎng)素相關(guān)基因,其中包括生長(zhǎng)素快速應(yīng)答基因和生長(zhǎng)素運(yùn)輸載體基因。因此,LAZY1基因可能參與了生長(zhǎng)素的運(yùn)輸和信號(hào)途徑。4.對(duì)529份栽培稻,446份野生稻和我們補(bǔ)測(cè)的28份野生稻的LAZY1序列進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)在栽培稻和野生稻中均存在廣泛的自然變異,LAZY1序列的所有In Del變異都不造成移碼,也沒(méi)有SNP造成翻譯的提前終止,因此,自然材料中不存在功能缺失的等位基因。第三個(gè)外顯子一段23-bp與17-bp序列之間的變化(包括兩個(gè)3-bp In Del和2個(gè)SNPs)與水稻的分蘗角度存在顯著關(guān)聯(lián),這種變異可能形成LAZY1功能強(qiáng)弱不同的等位基因型。即使在幾個(gè)匍匐生長(zhǎng)的野生稻材料中,也沒(méi)檢測(cè)到無(wú)功能的LAZY1。因此,我們認(rèn)為在包括野生稻的自然資源里,LAZY1基因僅僅是通過(guò)強(qiáng)弱基因型對(duì)水稻的分蘗角度進(jìn)行一定程度的調(diào)控。
【圖文】：

圖 1 為高產(chǎn)設(shè)計(jì)的小麥理想株型(Donald 1968)。 basic wheat ideotype, designed to give a high grain yield (Donald 1968).株形態(tài)就受到廣泛的關(guān)注和研究。育種學(xué)家也提出了水稻理想蘗數(shù)目較少且沒(méi)有無(wú)效穗，，單株谷粒增多，莖稈粗壯而短�。�

圖 2 半矮稈和對(duì)照材料的表型（綠色革命基因）(Monna et al 2002)。ture of semidwarf rice plant and control plant (green revolution gene) (Mon2002).，其他株高基因也相繼被克�。篋1 基因編碼 GTP 結(jié)合蛋白(G 蛋
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S511

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林擁軍;農(nóng)桿菌介導(dǎo)的水稻轉(zhuǎn)基因研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2001年

本文編號(hào)：2688866