OSCA1对植物生长的影响及渗透胁迫下钙信号通路中基因的筛选

论文摘要

水是生命活动的基本要素。植物缺水会导致其生长发育受阻,缺水严重时更是会导致死亡。干旱是当前限制农业生产的主要因素之一,所以研究植物是如何响应干旱胁迫对于提高作物抗旱能力及改良具有重要意义。钙是植物所必须的营养物质,并且也是植物体内重要的第二信使,对于外界刺激产生的信号传导非常重要。在正常状态下,植物细胞内的钙离子浓度会维持在一个很低的水平,当感受器感受到外界刺激时,钙离子从胞外或胞内钙库经膜上的钙离子通道进入细胞质中,使胞质内的钙离子浓度升高产生钙信号,进而继续将刺激信号传递至下游,调节细胞对刺激信号做出相应的生理反应。目前OSCA1是根据渗透诱导胞内钙信号缺失被鉴定出来的第一个植物感受外界渗透胁迫的钙离子通道。但是OSCA1若发生突变会对正常条件以及干旱胁迫条件下生长的植物有什么影响我们还不清楚。并且对于植物感受外界渗透胁迫引起胞内钙信号及其传导机制,目前了解的并不是很透彻。本研究主要分为两个部分,第一部分主要是研究OSCA1在正常和中度干旱(mild drought)条件下对植物生长的影响,第二部分主要是通过利用体内稳定表达钙离子浓度检测标记的水母荧光蛋白基因的拟南芥株系对渗透诱导钙信号通路上的组分继续进行筛选。主要研究成果如下:1.通过对野生型AQ与突变体osca1进行不同的处理,发现在严重干旱胁迫下osca1的存活率明显低于野生型。并且经过多代种植发现osca1在群体中的比例逐渐下降,并且相比正常给水条件中度干旱条件下osca1的流失率更高,说明osca1在群体中生长不占优势,对干旱非常敏感。2.在正常给水条件下,osca1突变体相比于野生型光合速率高、水利用效率低,会表现出不耐旱的特征。在产量方面,osca1的产量要低于野生型,并且种子败育率高。3.对EMS诱变库中选出来的渗透胁迫诱导钙信号缺失的突变体进行基因突变显隐性判断,并利用F3代群体进行图位克隆,以山梨醇模拟高渗透压胁迫对克隆群体进行筛选。筛选出渗透诱导钙信号缺失的植株,提取DNA进行全基因组测序。4.分析测序数据,粗定位目的基因。以测序结果中的SNP作为分子标记进行酶切扩增多态性标记分析,进行精细定位,找出可能的目的基因,并构建植物表达载体转入突变体中以用于后续功能互补验证。由于时间关系,目前还没有拿到转基因的植物材料。通过以上研究,对于植物渗透感受器OSCA1在植物生长中的作用有了一定的了解,并且筛选出了一个可能的参与渗透诱导钙信号通路上的组分,有助于进一步研究植物渗透胁迫钙信号通路,可以为植物抗旱育种提供一些理论基础。

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摘要

Abstract

缩略词表

1 前言

1.1 水在植物生命活动中的作用

1.1.1 植物体内的含水量及水分的存在状态

1.1.2 水分在植物体内的生理作用

1.1.3 水分在植物体内的生态作用

1.2 植物应对非生物胁迫的信号传导

1.2.1 盐胁迫的信号传导

1.2.2 温度胁迫的信号传导

1.2.3 干旱胁迫的信号传导

1.3 植物体内的钙

1.3.1 植物中的钙离子通道

1.3.2 干旱胁迫诱导下钙信号的产生

1.3.3 干旱胁迫下钙信号的传导

1.3.4 植物细胞中胞内钙信号的检测方法

1.4 植物对干旱胁迫的响应

1.4.1 植物在表型上对干旱胁迫的响应

1.4.2 植物在生理生化水平上对干旱胁迫的响应

1.4.3 干旱胁迫对植物的伤害

1.5 植物中的渗透感受器OSCA1

1.6 图位克隆与二代测序技术

1.6.1 传统的图位克隆

1.6.2 基于二代测序技术的图位克隆

1.7 环境选择与生物进化

1.8 本研究的目的与意义

2 OSCA1在正常和干旱条件下对植物生长的影响

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 拟南芥生长条件

2.1.3 干旱处理方式

2.1.4 土壤含水量的测定

2.1.5 严重干旱下的存活率

2.1.6 中度干旱胁迫后基因型的鉴定

2.1.7 生理指标的测量

2.1.8 水利用效率的测定

2.1.9 生物量测定

2.2 实验结果与分析

2.2.1 严重干旱胁迫下的存活率

2.2.2 中度干旱胁迫下osca1的流失率

2.2.3 正常和中度干旱胁迫下的光合参数

2.2.4 正常和中度干旱胁迫下的生物量、叶面积及相对水含量

2.2.5 正常和中度干旱胁迫下的各项生理指标

2.2.6 正常和中度干旱胁迫下的产量

2.2.7 正常和中度干旱胁迫下种子的发育

2.3 结果讨论

3 渗透胁迫下钙信号通路中的基因筛选

3.1 实验材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 拟南芥生长条件

3.1.3 AEQUORIN发光系统为基础的钙离子成像

3.1.4 突变体F3代克隆群体的构建

3.1.5 突变体F3代克隆群体的筛选

3.1.6 拟南芥渗透诱导钙信号缺失突变体全基因组测序

3.1.7 全基因组测序数据分析及目的基因粗定位

3.1.8 目的基因精细定位

3.1.9 突变体基因植物表达载体的构建

3.1.10 农杆菌花序侵染法转化拟南芥

3.2 实验结果与分析

3.2.1 F3代克隆群体构建及筛选结果

3.2.2 突变体基因全基因组测序及数据结果分析

3.2.3 突变体目的基因的定位

3.2.4 突变体目的基因的载体构建

3.3 结果讨论

4 讨论

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李炆珂

导师: 远方,裴真明

关键词: 干旱,渗透胁迫,钙信号,信号传导

来源: 杭州师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 杭州师范大学

分类号: Q943.2

总页数: 72

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OSCA1对植物生长的影响及渗透胁迫下钙信号通路中基因的筛选

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