發(fā)布時間：2021-02-11 09:59

　　分蘗角度是影響水稻株型的重要因素。定位和克隆調(diào)控水稻分蘗角度的基因,開展調(diào)控水稻分蘗角度形成的分子機制的研究,對水稻株型改良、開展水稻超高產(chǎn)理想株型育種具有重要的理論和實踐意義。水稻分蘗角度的形成是一個非常復(fù)雜的過程。除了遺傳因素外,多種自然環(huán)境條件（包括光照、重力）、激素水平等因素均參與水稻分蘗角度的調(diào)控。已有的研究表明,水稻的負向重力性反應(yīng)和分蘗著生的細胞學(xué)形態(tài)變化是導(dǎo)致水稻分蘗角度變化的原因。目前已經(jīng)克隆了一些調(diào)控水稻分蘗角度的基因。但是,深入的分子機制尚不清楚。本研究以EMS化學(xué)誘變篩選獲得的分蘗角度變大、呈散生狀生長的突變體（bigger tiller angle 1-1,bta1-1）為試材,利用圖位克隆、DNA重組技術(shù)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)的水稻成熟胚遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)、熒光定量RT-PCR技術(shù)、煙草瞬時轉(zhuǎn)化、RNA高通量轉(zhuǎn)錄組測序和分析等技術(shù),觀察了bta1-1突變體的分蘗角度和負向重力性反應(yīng)的變化;定位并克隆了BTA1基因;對該基因進行了表達模式分析和差異表達分析;分析了bta1-1突變體和野生型（WT）之間差異表達的基因;分析了差異表達基因的富集通路,從全基因組水平分析了BTA1調(diào)... 

【文章來源】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

水稻株型構(gòu)成分子機理模式圖(梁彥等,2016)

水稻分蘗數(shù)量是一個非常復(fù)雜的農(nóng)藝性狀,受遺傳、環(huán)境、栽培措施等因素影響(Wang andLi,2011)。近年來,有關(guān)水稻分蘗數(shù)量性狀的主效調(diào)控基因的研究取得了一定進展,已經(jīng)克隆了一些促進水稻分蘗和抑制水稻分蘗的基因(圖1-2)。MONOCULM1(MOC1)是正向調(diào)控水稻分蘗數(shù)的基因(Li et al.,2003)。由于分蘗芽形成的缺陷導(dǎo)致moc1突變體表現(xiàn)出一個單分蘗表型的突變體。研究表明,MOC1編碼一個定位在核內(nèi)的GRAS家族蛋白,在營養(yǎng)生長和生殖生長階段控制葉腋分生組織形成。MOC1在葉腋分生組織和腋芽的形成中發(fā)揮重要作用,還促進腋芽的伸長生長(Li et al.,2003)。此外,monoculm 2(moc2)是一個分蘗數(shù)量減少的突變體,表現(xiàn)為單蘗、矮化、葉色淡綠,同時穗和穗粒數(shù)有顯著降低。研究發(fā)現(xiàn),MOC2基因編碼胞質(zhì)果糖-1,6-二磷酸酶(FBP1),是蔗糖合成途徑中一個非常重要的酶,其活性缺失導(dǎo)致蔗糖供應(yīng)不足,單重突變體分蘗芽生長受到抑制(Koumoto et al.,2013)。MONOCULM 3(MOC3)基因編碼一個WOX蛋白質(zhì)家族成員,是轉(zhuǎn)錄抑制子。研究表明,MOC3通過促進OSH1的表達,維持分生組織區(qū)的正常生長,并且促進腋芽分生組織的形成,是腋芽形成所必需的,MOC3可能作用于MOC1和LAX的下游或者通過一個獨立的途徑影響腋芽形成(Lu et al.,2015;Tanaka et al.,2015)。關(guān)于水稻分蘗數(shù)的負向調(diào)控因子的研究也取得了很大進展。日本學(xué)者Takeda等基于玉米TB1基因的高相似性,采用同源克隆的方法分離鑒定出TEOSINTE BRANCHED 1(OsTB1)基因(Takeda et al.,2003)。對基因功能的研究發(fā)現(xiàn),OsTB1基因抑制腋芽的活性。OsTB1超表達使水稻植株分蘗數(shù)量減少,說明TB1超表達會抑制側(cè)芽的生長,但側(cè)芽的分化不受影響。利用篩選獲得的多分蘗矮桿突變體high-tillering dwarf 1(htd1),定位分離出HTD1基因(Zou et al.,2005;Zou et al.,2006)。經(jīng)過序列比對和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域分析,HTD1基因在物種間高度保守,在多種植物中都有同源基因。HTD1是通過抑制水稻分蘗芽的萌發(fā)從而調(diào)控水稻分蘗數(shù)。此外,通過對d系列的矮稈多蘗突變體的研究發(fā)現(xiàn),DWARF10(D10)、DWARF17(D17)、DWARF27(D27)均在獨腳金內(nèi)酯的合成途徑中發(fā)揮作用。D10基因編碼一個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶OsCCD8,是獨腳金內(nèi)酯生物合成中的關(guān)鍵酶。D10的轉(zhuǎn)錄是抑制分蘗通路的關(guān)鍵步驟,其功能的缺失導(dǎo)致突變體株高變矮,分蘗增多(Arite et al.,2007)。D17處于獨腳金內(nèi)酯合成基因OsMAX1的上游,并且編碼一個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶OsCCD7,是擬南芥MAX3的同源蛋白,參與負向調(diào)控水稻側(cè)芽生長(Zou et al.,2006)。D27突變之后生長素極性運輸增強,根部分泌液中檢測不到獨腳金內(nèi)酯從而導(dǎo)致其突變體喪失抑制分蘗芽向外生長能力,因此表現(xiàn)出分蘗數(shù)增加的表型(Lin et al.,2009)。DWARF3(D3)、DWARF14(D14)、DWARF53(D53)作用于獨腳金內(nèi)酯的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(Ishikawa et al.,2005;Arite et al.,2009;Zhou et al.,2013;Jiang et al.,2013;Wang et al.,2018)。D53編碼一個在結(jié)構(gòu)上與I類Clp ATP酶類似的蛋白,是SCFD3泛素化復(fù)合體的底物,與α/β水解酶D14、F-box蛋白D3形成蛋白復(fù)合體,是獨角金內(nèi)酯信號途徑的抑制因子,在依賴D14和D3的條件下,SL通過蛋白酶體途徑誘導(dǎo)D53降解,抑制其活性,促進側(cè)芽生長。D家族基因通過調(diào)控獨腳金內(nèi)酯的合成或運輸來間接調(diào)控水稻分蘗數(shù)量,說明獨腳金內(nèi)酯在水稻分蘗發(fā)生和數(shù)量上起著重要的作用(圖1-3)。

關(guān)于水稻分蘗數(shù)的負向調(diào)控因子的研究也取得了很大進展。日本學(xué)者Takeda等基于玉米TB1基因的高相似性,采用同源克隆的方法分離鑒定出TEOSINTE BRANCHED 1(OsTB1)基因(Takeda et al.,2003)。對基因功能的研究發(fā)現(xiàn),OsTB1基因抑制腋芽的活性。OsTB1超表達使水稻植株分蘗數(shù)量減少,說明TB1超表達會抑制側(cè)芽的生長,但側(cè)芽的分化不受影響。利用篩選獲得的多分蘗矮桿突變體high-tillering dwarf 1(htd1),定位分離出HTD1基因(Zou et al.,2005;Zou et al.,2006)。經(jīng)過序列比對和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域分析,HTD1基因在物種間高度保守,在多種植物中都有同源基因。HTD1是通過抑制水稻分蘗芽的萌發(fā)從而調(diào)控水稻分蘗數(shù)。此外,通過對d系列的矮稈多蘗突變體的研究發(fā)現(xiàn),DWARF10(D10)、DWARF17(D17)、DWARF27(D27)均在獨腳金內(nèi)酯的合成途徑中發(fā)揮作用。D10基因編碼一個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶OsCCD8,是獨腳金內(nèi)酯生物合成中的關(guān)鍵酶。D10的轉(zhuǎn)錄是抑制分蘗通路的關(guān)鍵步驟,其功能的缺失導(dǎo)致突變體株高變矮,分蘗增多(Arite et al.,2007)。D17處于獨腳金內(nèi)酯合成基因OsMAX1的上游,并且編碼一個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶OsCCD7,是擬南芥MAX3的同源蛋白,參與負向調(diào)控水稻側(cè)芽生長(Zou et al.,2006)。D27突變之后生長素極性運輸增強,根部分泌液中檢測不到獨腳金內(nèi)酯從而導(dǎo)致其突變體喪失抑制分蘗芽向外生長能力,因此表現(xiàn)出分蘗數(shù)增加的表型(Lin et al.,2009)。DWARF3(D3)、DWARF14(D14)、DWARF53(D53)作用于獨腳金內(nèi)酯的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(Ishikawa et al.,2005;Arite et al.,2009;Zhou et al.,2013;Jiang et al.,2013;Wang et al.,2018)。D53編碼一個在結(jié)構(gòu)上與I類Clp ATP酶類似的蛋白,是SCFD3泛素化復(fù)合體的底物,與α/β水解酶D14、F-box蛋白D3形成蛋白復(fù)合體,是獨角金內(nèi)酯信號途徑的抑制因子,在依賴D14和D3的條件下,SL通過蛋白酶體途徑誘導(dǎo)D53降解,抑制其活性,促進側(cè)芽生長。D家族基因通過調(diào)控獨腳金內(nèi)酯的合成或運輸來間接調(diào)控水稻分蘗數(shù)量,說明獨腳金內(nèi)酯在水稻分蘗發(fā)生和數(shù)量上起著重要的作用(圖1-3)。1.1.4 水稻穗型調(diào)控的分子機制

【參考文獻】：
期刊論文
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