【摘要】：水稻穗部穎花的正常發(fā)育是產(chǎn)量形成的基礎,生產(chǎn)上常見的穗頂穎花退化往往造成產(chǎn)量損失,該性狀大多受數(shù)量性狀基因控制,并與異常氣候變化密切相關(guān),其分子機制尚未明確。本研究中,我們從秈稻保持系骨干親本宜香1B構(gòu)建的EMS突變體庫中篩選獲得兩份穗頂部退化突變體,命名為paa1019和paa74,兩份突變體穗頂退化程度不同。通過基因定位,我們成功分離到候選基因,并對其功能進行了驗證和分析。具體研究結(jié)果如下:1.對paa1019和paa74進行了詳細的表型鑒定,發(fā)現(xiàn)穗頂穎花退化與H_2O_2大量積累以及細胞程序性死亡有關(guān)。2.paa1019和paa74穗部穎花退化的時空分布特征非常相似,即枝梗原基和幼穗頂端穎花原基分化正常,頂端穎花退化起始于幼穗伸長和穎花分化過程中,即穗軸枝�？焖偕扉L期(幼穗長約4-10cm),其穎花生長發(fā)育受阻;退化穎花在穗上具有從上到下逐漸減弱的趨勢,其分布具有類似‘頂端優(yōu)勢’特點,可能與穗部生長素積累水平有關(guān)。3.石蠟切片觀察孕穗期和抽穗期的退化穎花與正常穎花,發(fā)現(xiàn)穎花退化的出現(xiàn)會伴隨有花器官發(fā)育受損,內(nèi)外稃及花藥發(fā)育畸形直至徹底壞死萎縮,無花粉或花粉不育。paa74的退化穎花發(fā)育畸形的情況比同時期的paa1019略輕。4.遺傳分析表明,paa1019和paa74的突變性狀均由單隱性核基因控制。通過基因定位并結(jié)合全基因組重測序方法,對于paa1019,我們在基因OsCIPK31(LOC_Os03g20380)序列中鑒定出其堿基突變導致剪切方式發(fā)生改變,致使第二外顯子序列缺失;而對于paa74,發(fā)現(xiàn)OsALMT7(LOC_Os02g45160)編碼區(qū)發(fā)生堿基替換,即由G突變?yōu)锳,導致對應編碼氨基酸由精氨酸變?yōu)橘嚢彼�。通過CRISPR/CAS9基因敲除和互補試驗,證實OsCIPK31和OsALMT7分別為突變體paa1019和paa74的目的基因。5.CIPK31屬于鈣誘導磷酸酶蛋白激酶家族,參與逆境脅迫的鈣信號途徑。為了探究paa1019對外界環(huán)境的響應,對paa1019苗期分別進行了低溫、鹽分以及干旱的非生物脅迫處理和稻瘟病菌生物脅迫處理,發(fā)現(xiàn)CIPK31對溫度、水分、鹽分以及病原菌具有高度敏感性,其中對溫度和鹽分的脅迫響應是正向調(diào)控而對干旱響應很可能是負向的。ALMT7屬于鋁誘導的有機酸通道蛋白,目前水稻中關(guān)于ALMTs的報道很少。我們對paa74進行了鋁鹽處理,發(fā)現(xiàn)處理后的突變體與野生型表型無差異。6.OsCIPK31定位在細胞胞質(zhì)中,在水稻全生育期的各組織部位均有表達,其中,在根部高表達,尤其是幼根表達量最高,而在穗發(fā)育過程中呈現(xiàn)出相對低的表達。盡管如此,OsCIPK31在穗退化起始節(jié)點(幼穗長約為4cm)比其他穗發(fā)育時期具有較高的表達,且原位雜交也表明其在穎花中高表達。OsALMT7在根、莖、葉、穗等組織均有表達,在幼根和成熟根表達量最高,這與其受鋁活化蘋果酸鹽運輸?shù)鞍椎墓δ芟喾?原位雜交結(jié)果也證實ALMT7在穎花高表達。7.對轉(zhuǎn)錄組進行初步分析,GO和KEGG富集分析將paa1019有關(guān)差異基因富集到MAPK通路和植物激素信號轉(zhuǎn)導通路。paa74則主要與DNA復制、細胞分裂等生物過程相關(guān),同時質(zhì)膜運輸、ROS水平等途徑也很可能參與其中。酵母雙雜試驗表明CIPK31和ALMT7無直接互作反應,而paa1019:paa74雙突變體穗頂退化表型無疊加趨勢。同時,OsCIPK31和OsALMT7分別在paa74和paa1019中的表達水平與在野生型中的表達水平差異不大。進一步地,在穗起始退化過程中,轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù)分析表明,兩份突變體材料均富集到了相似的調(diào)控通路。推測二者在穗部穎花發(fā)育調(diào)控方面屬于同一條通路的上下游關(guān)系。
【學位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511
【圖文】：

1.6.1 MAPK 調(diào)控植物的生長發(fā)育植物生長發(fā)育許多生理過程如細胞分裂、器官發(fā)育以及衰老退化等都需要 MAPK級聯(lián)系統(tǒng)的參與[85]（圖 1）。如在煙草體內(nèi)細胞分裂后期，受體 NACK1/NACK2 能接收細胞分裂信號并且激活 NPK1-NQK1-NRK1 級聯(lián)系統(tǒng)介導細胞板的形成，從而調(diào)控細胞分裂過程[86]。同樣在擬南芥中同源的途徑 ANP1/2/3-MKK6-MPK4 級聯(lián)激活下游底物 MAP65-1 從而調(diào)控成膜體的赤道板形成而影響細胞分裂[85, 87]。另外，在擬南芥還存在 YODA-MKK4/5-MPK3/6 級聯(lián)反應能夠負調(diào)控下游的轉(zhuǎn)錄因子 SPCH 來達到調(diào)節(jié)氣孔細胞發(fā)育[88, 89]，還可以響應上游的 ER 信號后調(diào)控花梗細胞分裂和增殖，導致花序形狀和花梗長度改變[85, 90]。MAPK 級聯(lián)系統(tǒng)還參與多個生殖過程，如AtMPK4[91]參與調(diào)控花粉發(fā)育，其功能缺失突變體表現(xiàn)出花粉發(fā)育缺陷；mpk3/mpk6突變體不能完成正常雙受精過程[92, 93]。

脅迫介導的 ROS 積累引發(fā)生理響應[117]。不同的非生物脅迫刺激直接/間接誘下游各種信號傳導機制調(diào)節(jié) ROS 的濃度，引起各種生理反應。erview of the central role of ROS in the responses towards abiotic stressfactors. D either directly or indirectly (through the action of other signals and hormones) lef ROS.K 級聯(lián)信號系統(tǒng)與多種 PCD 的調(diào)控路徑協(xié)同、交叉抑制或反饋調(diào)節(jié)133]。如 MKK5-MPK3/MPK6 級聯(lián)通過對乙烯合成途徑中的關(guān)鍵酶 A控影響乙烯合成繼而介導 PCD，此外 MAPK 級聯(lián)信號調(diào)控乙烯信號目的[134-136]；MAPK 還可以與 ROS 協(xié)同調(diào)控 PCD，二者可形成反饋尤其是 MAPK 通過調(diào)控 ROS 含量介導 PCD[137, 138]。激素對水稻穎花發(fā)育調(diào)控也被認為是影響穗部發(fā)育的關(guān)鍵因素之一[139, 140]。穗部枝梗的發(fā)育易如生長素、赤霉素、細胞分裂素、茉莉素等與外界環(huán)境因素的共同作

因模塊聚類示意圖drogram of gene clusters達模塊與外界作用的關(guān)聯(lián)征基因與外界作用因素的相關(guān)性。我們提取了每一個模塊的特征們與外界作用的關(guān)聯(lián)狀況，并將得到的相關(guān)系數(shù)繪制成熱圖。顏色高。界作用因素的基因顯著性。對每個模塊中所有基因的 GS 絕對值進塊內(nèi)基因表達情況與外界作用的總體關(guān)聯(lián)狀況�；蚰K深入分析塊基因功能富集。針對每組數(shù)據(jù)的基因模塊，進行 GO 和 KEGG些生物學功能和代謝通路與這些基因模塊顯著關(guān)聯(lián)（表 3）。富集到大排列。表 3. 重要相關(guān)性狀統(tǒng)計及編號Table 3. The related traits statistics and corresponding numbers

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬燕斌;王霞;張樹偉;李換麗;吳霞;王新勝;;棉花突變體種質(zhì)資源創(chuàng)制概述[J];山西農(nóng)業(yè)科學;2018年01期

2 李新鵬;李京琳;陳小朋;曾翔;龍湍;安保光;張維;吳永忠;黃培勁;;玉米突變體庫創(chuàng)制及雄性不育突變體鑒定[J];玉米科學;2018年03期

3 段光前;李碩碩;李鑫;黃開耀;;裂殖壺菌高產(chǎn)油突變體的高通量篩選[J];生物工程學報;2019年07期

4 潘俏;張舒vQ;沈迪;吳家琪;陳春蓮;陳潔;陳勁楓;婁群峰;;黃瓜耐鹽突變體材料的篩選與鑒定[J];南京農(nóng)業(yè)大學學報;2018年01期

5 張亞芳;潘存紅;李愛宏;湯雯;武茹;陳宗祥;許愛霞;潘學彪;;提高水稻插入突變體庫利用效率的嘗試[J];遺傳;2007年07期

6 張萍;姜景彬;楊歡歡;趙婷婷;許向陽;李景富;;番茄EMS突變體庫的構(gòu)建及表型分析[J];北方園藝;2019年07期

7 紀策;劉源;李丹;Sossah Frederick Leo;楊陽;付永平;李玉;;有害疣孢霉Hypomyces perniciosus遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立及其突變體庫的構(gòu)建[J];菌物學報;2018年08期

8 張習春;魯菲菲;呂育松;羅榮劍;焦桂愛;鄔亞文;唐紹清;胡培松;魏祥進;;兩個堊白突變體的鑒定及突變基因的圖位克隆[J];中國水稻科學;2017年06期

9 岳麗曉;李登云;張玲玲;;擬南芥衰老相關(guān)突變體lsm3的鑒定和基因克隆[J];赤峰學院學報(自然科學版);2017年20期

10 臧新山;申賢坤;裴文鋒;吳Z

本文編號：2744118