【摘要】：水稻作為世界上的主要糧食作物之一,其生長和發(fā)育受到低溫脅迫的制約。研究水稻對低溫應(yīng)答的遺傳基礎(chǔ),挖掘更多低溫抗性相關(guān)的基因資源,將有助于深入解析水稻低溫應(yīng)答的分子機(jī)理和對水稻低溫抗性進(jìn)行遺傳改良。本課題分為兩個(gè)部分,第一部分是從正向遺傳學(xué)角度入手,對529份水稻的自然種質(zhì)資源進(jìn)行苗期低溫脅迫,利用關(guān)聯(lián)分析技術(shù)(genome wide association studies,GWAS)挖掘與水稻低溫抗性有關(guān)的遺傳和基因資源。第二部分是解析一個(gè)MYB調(diào)控因子OsMYB30在低溫應(yīng)答中的調(diào)控機(jī)理。在第一部分的研究中,我們對529份水稻種質(zhì)資源進(jìn)行了兩種不同程度的低溫脅迫(較為緩和的自然低溫脅迫與急劇的4°C低溫脅迫),共采集到苗期16個(gè)性狀的表型數(shù)據(jù),對所有表型數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明兩種低溫脅迫下的表型數(shù)據(jù)之間不具有相關(guān)性。同時(shí)我們也對529份水稻種質(zhì)資源中的秈稻亞群、粳稻亞群為群體分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,并對檢測到的位點(diǎn)進(jìn)行整合。本次研究中,以529份水稻種質(zhì)資源為群體進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,共檢測到132個(gè)位點(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)有12個(gè)位點(diǎn)在兩種低溫脅迫下的表型數(shù)據(jù)中均被檢測到。隨后我們對關(guān)聯(lián)得到的132個(gè)位點(diǎn)與已經(jīng)發(fā)表的與水稻低溫抗性相關(guān)的QTL(Quantitative trait locus)進(jìn)行比較分析,有68個(gè)位點(diǎn)與已經(jīng)報(bào)道的低溫相關(guān)的QTL相重疊。我們又結(jié)合本組一套低溫脅迫的芯片數(shù)據(jù),從132個(gè)位點(diǎn)200 kb范圍內(nèi)(Lead SNP上下游各100 kb)篩選到102個(gè)候選基因,繪制了芯片熱圖,結(jié)果顯示這些基因在表達(dá)水平上受到低溫脅迫的上調(diào)或下調(diào)。接下來,我們對位點(diǎn)范圍內(nèi)一個(gè)已報(bào)道參與抗冷的基因OsMYB2和一個(gè)未發(fā)表的基因07g進(jìn)行單倍型分析,兩個(gè)基因在529群體中存在4種主要的單倍型,單倍型之間的表型差異顯著,所屬不同單倍型的品種具有顯著的秈粳分化及緯度分布的差異。同時(shí),我們也對所有品種進(jìn)行抗冷性評估,在自然低溫脅迫條件下篩選出114份抗冷(Chilling tolerant,CT)品種和143份冷敏感(Chilling sensitive,CS)品種,在急劇低溫脅迫條件下,篩選出123份不敏感(Cold shock insensitive,CSI)品種和131份敏感(Cold shock sensitive,CSS)品種。相比于冷敏感(CS)品種,抗冷(CT)品種以粳稻為主,具有更廣泛的地理分布。此外,在兩種低溫脅迫條件下,對低溫均不敏感的品種(CT與CSI重疊的品種)與低溫敏感的品種(CS與CSS重疊的品種)相比,也具有秈粳及緯度分布的差異。上述結(jié)果肯定了低溫適應(yīng)性與秈粳分化及緯度分布的相關(guān)性。OsMYB30是本室已鑒定的一個(gè)參與水稻低溫逆境應(yīng)答的調(diào)控因子,在水稻中超量表達(dá)OsMYB30在低溫脅迫下呈現(xiàn)出敏感的表型,該基因的一個(gè)T-DNA插入的純合突變體osmyb30對低溫脅迫的耐受力相對于野生型明顯增強(qiáng)。芯片數(shù)據(jù)表明在正常生長條件以及低溫脅迫條件下,OsMYB30超表達(dá)及突變體中均有大量的基因在表達(dá)水平發(fā)生了變化,暗示OsMYB30可能在低溫脅迫應(yīng)答中發(fā)揮著重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用。在第二部分的研究中,我們從低溫脅迫的芯片中,篩選到一類BMY(β(Beta)-amylase)基因,該家族的多個(gè)成員在芯片中受到OsMYB30的下調(diào),BMY家族中的三個(gè)成員BMY2/6/10的表達(dá)量在OsMYB30超量表達(dá)植株中下降,在osmyb30突變體植株中上升。實(shí)驗(yàn)表明,OsMYB30可以在植物體內(nèi)及體外結(jié)合BMY2/6/10基因的啟動(dòng)子。該類基因編碼β類淀粉酶,可以將淀粉水解為麥芽糖,本研究結(jié)果表明β淀粉酶的活力以及對應(yīng)的代謝產(chǎn)物麥芽糖的含量均在OsMYB30超表達(dá)植株中顯著下降,并且在突變體植株osmyb30中顯著上升,這與BMY2/6/10表達(dá)量的變化趨勢是一致的。隨后,我們對低溫脅迫下的OsMYB30超表達(dá)及osmyb30突變體植株施加一定濃度的麥芽糖,對于相對低溫敏感的OsMYB30超表達(dá)植株及突變體對應(yīng)的野生型植株而言,可以顯著降低脅迫下細(xì)胞膜損傷。這種可溶性糖對細(xì)胞膜的保護(hù)作用在其它對低溫敏感的水稻品種中得以驗(yàn)證。同時(shí),我們通過互作蛋白的篩選得到OsMYB30的互作蛋白OsJAZ9,并在植物體內(nèi)及體外證實(shí)二者的互作。此外我們發(fā)現(xiàn)OsJAZ9的表達(dá)量受到OsMYB30的上調(diào),低溫脅迫后,BMY6/10的表達(dá)量在OsJAZ9超量表達(dá)植株中下降。隨后我們利用雙熒光素酶系統(tǒng),在水稻原生質(zhì)體內(nèi)證實(shí)OsJAZ9可以降低OsMYB30的轉(zhuǎn)錄激活活性并且增強(qiáng)OsMYB30對于BMY2/6/10基因啟動(dòng)子的抑制作用。綜上所述,我們首次通過關(guān)聯(lián)分析技術(shù)對水稻苗期低溫相關(guān)性狀進(jìn)行遺傳分析,鑒定到與不同低溫脅迫相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn),這些位點(diǎn)以及我們篩選出的抗冷品種將為提高水稻低溫的適應(yīng)性并進(jìn)行遺傳改良提供有利的遺傳資源。同時(shí),OsMYB30是水稻中一個(gè)新的低溫抗性負(fù)調(diào)控因子,通過與OsJAZ9互作從而抑制BMY基因的表達(dá),負(fù)調(diào)控低溫抗性。水稻中這一低溫應(yīng)答新機(jī)制的發(fā)現(xiàn),將有助于解析復(fù)雜的低溫調(diào)控網(wǎng)絡(luò),為水稻中MYB蛋白的功能研究提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S511

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Juan Huang;Jianhua Zhang;Wenzhen Li;Wei Hu;Lichao Duan;Yang Feng;Fazhan Qiu;Bing Yue;;Genome-wide Association Analysis of Ten Chilling Tolerance Indices at the Germination and Seedling Stages in Maize[J];Journal of Integrative Plant Biology;2013年08期

2 ;Toward the Domestication of Lignocellulosic Energy Crops: Learning from Food Crop Domestication[J];Journal of Integrative Plant Biology;2011年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 吳華;水稻JAZ家族抗逆相關(guān)基因的鑒定和功能分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 葉海燕;水稻基因低溫表達(dá)譜分析和TIFY家族逆境相關(guān)基因的功能鑒定[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊梅;抗逆相關(guān)MYB類轉(zhuǎn)錄因子和逆境誘導(dǎo)型啟動(dòng)子的分離與鑒定[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：2309892