水稻线粒体载体家族基因OsSFC1的图位克隆

论文摘要

叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,其发育的好坏直接影响植物的光合能力与产量,继而间接影响粮食作物,如水稻稻米品质。因此,研究水稻叶绿体发育的分子机制及其对稻米品质的调控,对培育优质高产水稻新材料具有重要意义。本课题组前期利用EMS诱变籼稻恢复系浙恢7954,获得苗期叶片表现为黄绿相间的突变体ossfcl（Oryza sative succinate/fumarate carrier 1）。本研究以ossfc1为材料,从生理、细胞和分子等角度解析引起突变体性状的原因,主要结果如下:1.突变体ossf1从一心开始,至5-6叶期,新叶表现为黄绿相间,同时突变体株高和根系明显短于野生型;经测定突变体ossfcl苗期叶片的叶绿素含量极显著低于对照,而ROS含量则显著高于对照;进一步利用TEM观察叶片叶肉细胞,结果表明,与对照相比,突变体ossfcl的叶绿体明显更小,且叶绿体中的淀粉粒数量也更少。2.大田条件下,突变体ossfcl的垩白米率和垩白度分别高达93.33%和55.83%,极显著高于对照的64%和16.95%。扫描电镜观察发现野生型胚乳细胞发育良好,淀粉粒呈棱角多边形且排列紧密,而突变体ossfc1胚乳细胞发育不良,尤其垩白部位淀粉粒呈圆球状且排列疏松。3.遗传分析表明,突变体ossfcl性状受一个单隐性核基因控制。以ossfc1/02428的F2隐性极端单株为定位群体,利用图位克隆技术将OsSFC1基因精细定位于水稻第3染色体RM14780和RM14784标记之间的84.6kb区域内,其间含有11个基因,经测序证实一个编码线粒体载体家族基因（Mitochondrial carrierfamily,MCF）LOCOs03g18160的第一外显子的第230个碱基G突变成T,导致氨基酸残基由甘氨酸变为缬氨酸。进一步利用dCAPS标记确证ossfc1突变位点与其突变性状共分离。4.qRT-PCR分析表明,OsSFC1基因属于组成型表达,其在水稻叶片、根及愈伤组织中的转录表达量较高,且在苗期叶片中的表达量明显高于成熟期叶片;进一步分析OsSFC1在叶片不同发育时期的表达模式,结果表明,在叶片生长发育早期,该基因上调表达,至30天表达量到达最高,而后开始下调表达。5.对苗期突变体ossfc1以及野生型浙恢7954的叶片进行RNA-seq分析,结果发现突变体ossfc1的大量光合作用相关基因显著下调表达;而后利用qRT-PCR验证并获得基本一致的结果。6.前人研究表明,OsSFC1基因是酵母ACR1基因的同源基因,而ACR1基因已被证实与琥珀酸及延胡索酸的转运密切相关。采用一步置换法获得ACR1基因缺失的酵母菌株BY4741-△acr1。同时构建含有OsSFC1基因的酵母载体pYX212-OsSFCl-1 和pYX212-OsSFCl-2,利用 PEG介导法将其导入BY4741-△acr1,结果表明携带OsSFC1基因的BY4741-△acr1能够在以酒精为唯一碳源的固体培养基上生长,从而证实OsSFC1基因功能互补酵母ACR1基因。

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致谢

摘要

Abstract

缩略词

1 文献综述

1.1 植物叶绿体早期发育研究进展

1.1.1 植物叶绿体发育过程

1.1.2 影响叶绿体发育的环境因素

1.1.3 调控植物叶绿体发育的相关基因

1.1.4 叶片衰老与叶绿体的降解

1.2 稻米品质的研究进展

1.2.1 稻米品质性状的构成

1.2.2 稻米品质性状间的相关性

1.2.3 影响稻米品质的外因

1.2.4 稻米品质相关基因的研究进展

1.3 本研究的目的及意义

2 材料与方法

2.1 试验材料与田间种植

2.2 水稻叶片叶绿素含量测定

2.3 过氧化氢和超氧阴离子自由基含量测定

2.4 叶肉细胞的透射电镜观察

2.5 稻米品质测定

2.5.1 谷粒长宽测定

2.5.2 稻米糙米率、精米率及整精米率测定

2.5.3 稻米垩白测定

2.5.4 稻米直链淀粉含量测定

2.5.5 稻米总蛋白含量测定

2.6 淀粉颗粒扫描电镜

2.7 RNA-seq分析

2.8 qRT-PCR分析

2.9 叶片基因组DNA的提取

2.10 基因遗传分析及精细定位

2.11 候选基因的预测及测序验证

2.12 OsSFC1基因分析及互补载体构建

2.13 水稻遗传转化

2.14 OsSFC1基因的亚细胞定位

2.15 OsSFC1基因的酵母功能互补

2.15.1 Acr1基因缺失的酵母菌株的构建

2.15.2 OsSFC1基因功能互补

2.15.3 酵母基因组及质粒DNA的提取和鉴定

3 结果与分析

3.1 ossfc1的表型及其主要农艺性状

3.2 ossfc1苗期叶片叶绿素及ROS含量测定

3.3 ossfc1苗期叶片叶肉细胞的超微结构

3.4 ossfc1的稻米品质分析

3.5 遗传分析及基因定位

3.6 OsSFC1的时空表达特征

3.7 RNA-seq及叶绿体发育相关基因表达分析

3.8 OsSFC1的亚细胞定位

3.9 突变体转基因互补验证

3.10 酵母互补试验

4 讨论

4.1 OsSFC1参与调控水稻叶绿体的早期发育

4.2 OsSFC1参与调控稻米垩白的发生

4.3 OsSFC1在水稻中行使琥珀酸-延胡索酸在线粒体中的转运功能

5 全文总结与研究展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈耀栋

导师: 潘刚

关键词: 水稻,叶绿体发育,稻米品质,图位克隆,线粒体载体家族

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 浙江大学

分类号: S511;Q943.2

总页数: 76

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水稻线粒体载体家族基因OsSFC1的图位克隆

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