水稻分蘖抑制突变体ts1和ts2分蘖特性、碳氮代谢及相关基因表达分析

摘要

分蘖是影响水稻成穗数进而影响总产量的重要农艺性状之一，该性状受外部环境以及植株内部的生理生化、激素、基因等多种因素共同调控。研究水稻分蘖数的遗传变异，进一步挖掘影响水稻分蘖的遗传因子，并揭示其潜在的分子机理，继而对水稻分蘖与成穗进行分子改良将是水稻理想株型育种的重要方向。本论文的研究对象是通过EMS诱变得到的分蘖能力受到显著抑制的2个突变体ts1和ts2，在大田条件下观察其分蘖特性，并对水稻碳氮代谢关键酶活以及分蘖相关基因表达进行分析，主要结果如下。 1、水稻分蘖抑制突变体ts1和ts2均表现出分蘖抑制的表型，有所不同的是，突变体ts1分蘖抑制的表型贯穿了全生育期，并且在整个生育期内表现出生长受阻的形态;而突变体ts2分蘖能力只在营养生长早期受到明显抑制，在生长后期得到释放。 2、对突变体ts1与ts2分蘖芽进行组织学观察发现，突变体ts1与ts2各叶位分蘖芽均具有正常的组织结构，可以看到芽原基和幼叶的存在，说明其具备分化成正常分蘖的潜能，突变体ts1和ts2分蘖抑制的表型并非由分蘖芽异常形成所致。 3、突变体ts1中可溶性糖、可溶蛋白和游离氨基酸含量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性在苗期显著低于野生型LY95，说明突变体ts1碳氮代谢强度明显弱于野生型，导致ts1植株生长受阻并且对腋芽的营养供给也不充足，由此引起分蘖抑制的表型。 4、突变体ts2在营养生长早期氮同化效率降低，积累了过量的氮素引发氮胁迫，为了应对氮胁迫，突变体ts2体内游离氨基酸含量有所升高;同时，突变体ts2中碳代谢产物和相关酶活性均显著低于野生型，这说明碳氮代谢速率下降是突变体ts2在营养生长早期分蘖抑制的重要原因。 在营养生长后期，突变体ts2氮代谢能力恢复正常，植株不再处于氮胁迫，游离氨酸含量也恢复正常，氮同化产物急剧积累;同时，突变体ts2中碳代谢产物及相关酶活性也恢复至与野生型相同的水平。促使突变体ts2分蘖能力在营养生长后期得到释放。 5、突变体ts1营养生长前期在生长素、独脚金内酯以及分蘖通路等多条控蘖通路的作用下，表现出分蘖抑制的表型。在营养生长后期，突变体ts1中早期对ts1分蘖起抑制作用的多条控蘖通路在营养生长后期被极大的削弱了，但由于突变体ts1的生长状况在生育期内持续受到抑制，对腋芽的营养供给不能充分满足其生长需要，导致突变体ts1的分蘖潜能弱于野生型，即仍表现出分蘖抑制的表型。 6、营养生长前期突变体ts2中过量积累的氮素及细胞分裂素合成基因共同诱导细胞分裂素受体基因Cga1的表达，Cga1基因表达上调后导致植株出现叶色浓绿，分蘖抑制，且呈半矮秆的表型。同时，突变体ts2中独脚金内酯通路内的基因表达也极显著上调，这些因素共同引起了突变体ts2在营养生长早期分蘖抑制的表型。 营养生长后期，突变体ts2体内氮素水平恢复正常，细胞分裂素合成基因及Cga1基因的表达也不再被诱导;同时，突变体ts2中包括生长素通路，独脚金内酯通路，分蘖通路在内的多条通路共同作用促使突变体ts2在营养生长后期发生分蘖。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1水稻分蘖的生物学特性

2影响分蘖发生的外界条件

2．1水份

2．2温度

2．3光照

2．4矿物质元素

3植物激素对水稻分蘖的调控

3．1生长素

3．2细胞分裂素

3．3独脚金内酯

4碳氮代谢对水稻分蘖的影响

4．1碳代谢

4．2氮代谢

5水稻分蘖发生的分子机制

6研究目的及意义

第二章水稻分蘖抑制突变体ts1、ts2的分蘖特性

1材料与方法

1．1实验材料

1．2实验仪器与试剂

1．3实验方法

1．4数据处理与分析

2结果与分析

2．1水稻分蘖抑制突变体ts1和ts2表型鉴定

2．2分蘖芽形态学观察

2．3分蘖芽组织形态学观察

3讨论

第三章水稻分蘖抑制突变体ts1、ts2碳氮代谢酶活分析

1材料与方法

1．1实验材料

1．2主要试剂和仪器

1．3植物材料的培养和取材

1．4氮代谢相关酶活测定

1．5碳代谢相关酶活测定

1．6数嬲与分析

2结果与分析

2．1氮代谢相关酶活性分析

2．2碳代谢相关酶活性分析

3讨论

3．1突变体ts1整体生长受到抑制是分蘖减少的原因

3．2突变体ts2前期氮同化能力下降是分蘖受抑制的主要因素

3．3部分碳氮代谢酶活变化与野生型相反可能是造成突变体ts1和ts2前期分蘖抑制的原因之一

第四章水稻分蘖抑制突变体ts1、ts2分蘖相关基因表达分析

1材料与方法

1．1实验材料

1．2主要试剂和仪器

1．3实验材料的培养和取材

1．4样品RNA和cDNA的准备

1．5数据处理与分析

2结果与分析

2．1细胞分裂素相关基因表达分析

2．2细胞周期相关基因表达分析

2．3生长素相关基因表达分析

2．4独脚金内酯相关基因表达分析

2．5分蘖相关基因表达分析

3讨论

结论与展望

参考文献

硕士在读期间发表论文

致谢