一个新的水稻抽穗期基因ZM17的MutMap克隆及功能分析

摘要

水稻是重要的粮食作物，而水稻抽穗期对保证水稻的稳产、高产具有重要作用。虽然长日照植物拟南芥中的花期调控分子机制已基本探明，但短日照植物水稻中的成花机制仍然不是十分清楚，有待进一步挖掘。本研究通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对粳稻品种日本晴的晚抽穗突变体lvp1进行大规模诱变处理，经过筛选、鉴定，从诱变突变体库中获得了1份抽穗期突变体zm17。遗传分析表明该突变受一对隐性核基因控制，通过MutMap的方法克隆到zm17的突变基因ZM17，构建了ZM17单基因突变株系z17，调查了z17的抽穗期和主要农艺性状，并进行了抽穗期相关基因的表达量和转录组差异分析，得到了以下的实验结果:
　　1、从水稻突变体库中筛选获得了1份抽穗期突变体zm17，通过MutMap克隆了ZM17基因，发现其定位于第8条染色体，是一个新的水稻抽穗基因，编码了一个具有MYB结构域的转录因子，进一步通过转基因互补、RNAi和CRISPR/Cas9等实验，证实了所克隆ZM17基因的正确性。
　　2、表达模式分析发现，ZM17在叶中表达量最高，并且在营养生长阶段时，ZM17基因的表达量更高，但进入生殖生长阶段后，ZM17基因的表达量显著降低，暗示ZM17可能在水稻的成花转换之中起着重要作用。
　　3、对转录组测序数据进行KEGG分析表明，ZM17显著影响了水稻生物钟途径;进一步检测持续光照条件下z17中生物钟基因节律表达情况，发现ZM17基因表达具有节律性，而且会显著影响生物钟基因OsLHY、OsPRR1、OsPRR37、OsPRR59、OsPRR73、OsPRR95、OsELF3、OsGI和OsCAB1R的节律表达，可能是生物钟途径的重要组成部分。
　　4、在光照10h和14h条件下，对日本晴和突变体z17中抽穗期调查发现，相比对照日本晴，z17在10h光照条件下抽穗期提前，而14h光照条件下抽穗期推迟，进一步对相关基因节律表达情况分析发现，在10h光照条件下，突变体z17中OsGI、Hd1、Ehd1、Hd3a、RFT1表达量升高，但在14h光照条件下，OsGI、Hd1表达量升高，但是Ehd1、Hd3a和RFT1表达量下降，暗示ZM17可能通过OsGI-Hd1-Ehd1-Hd3a/RFT1途径调控水稻抽穗。
　　5、在光照10h、11h、12h、13h、14h不同条件下调查突变体z17抽穗期发现，z17在10h和11h抽穗期提前，而12h、13h和14h抽穗期推迟，进一步检测同时期光照2小时z17中抽穗期相关基因表达情况发现，当光照为11h时，相较于日本晴，突变体z17中Ehd1、Hd3a和RFT1的表达量都明显上升了;而在光照为12h、13h、14h时，相较于日本晴，突变体z17中Ehd1、Hd3a和RFT1的表达量都明显下降，暗示在光照11-12h之间可能存在着一个ZM17角色反转光照临界点。

目录

声明

摘要

第一章综述

1．1拟南芥开花的研究进展

1．1．1光周期途径

1．1．2春化途径

1．1．3自主途径

1．1．4 GA途径

1．1．5温度途径

1．1．6年龄途径

1．1．7拟南芥开花整合途径

1．2水稻抽穗期的研究进展

1．2．1成花素基因

1．2．2调控水稻成花素基因的通路

1．3水稻抽穗的光周期临界点

1．4 MutMap克隆

第二章材料与方法

2．1．4主要载体及菌株

2．2实验方法

2．2．1农艺性状调查

2．2．2 RNA反转录

2．2．3载体构建

2．2．4实时荧光定量

2．3实验中的定量引物

第三章结果与分析

3．2突变体zm17的遗传分析

3．3突变基因ZM17的MutMap克隆

3．4突变候选基因的筛选

3．5 ZM17基因的功能验证

3．5．1转基因互补

3．5．2 RNAi干涉

3．5．3 CRISPR／Cas9敲除

3．6 ZM17的表达模式分析

3．6．2ZM17的组织表达分析

3．7 ZM17单基因突变株系z17的表型分析

3．7．1主要农艺性状调查

3．8光周期对ZM17基因的影响

3．8．1 10 h和14 h光照条件下的抽穗期分析

3．8．2 10 h和14 h光照条件下抽穗期基因的表达分析

3．8．3不同光照条件下的抽穗期调查分析

3．8．4不同光照条件下抽穗期基因的表达分析

3．8．5 12 h光照条件下抽穗基因的表达分析

3．9突变体z17中的转录组分析

3．9．1生物钟基因的节律表达分析

第四章讨论

4．1总结与讨论

4．1．1 ZM17是一个新的水稻抽穗期基因

4．1．4 ZM17精准调控水稻对日照长度的响应

4．2展望

参考文献

致谢

作者简历