本文選題：水稻 + 耐鹽性�。� 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重影響作物生產(chǎn)的重要因素。水稻是鹽敏感作物,盡管如此,它仍然是沿海地區(qū)廣泛種植的最為重要的農(nóng)作物之一。通過遺傳改良來提高水稻耐鹽能力,是進(jìn)一步增加沿海受土壤鹽漬化影響地區(qū)水稻種植面積和提高水稻產(chǎn)量的有效手段。長期以來,大量的研究采用傳統(tǒng)的育種方法改良水稻的耐鹽性,但仍然難度較大,進(jìn)展緩慢,究其主要原因,一方面由于具有較強(qiáng)耐鹽性的水稻遺傳資源十分有限;另一方面,耐鹽性是數(shù)量性狀,遺傳基礎(chǔ)較為復(fù)雜,人們對其了解尚少。因此,鑒定優(yōu)異的水稻耐鹽遺傳種質(zhì)資源、克隆耐鹽關(guān)鍵基因、解析水稻耐鹽機(jī)制,對于水稻耐鹽遺傳育種尤為重要。生長素毫無疑問是植物中最為重要的信號分子,它在植物從胚胎形成到衰老的整個(gè)生命進(jìn)程中對于調(diào)控植物的生長和發(fā)育起著關(guān)鍵作用。ARF是生長素信號中一類重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,它能與下游生長素調(diào)控基因啟動(dòng)子上的生長素響應(yīng)元件(AuxRE)結(jié)合,激活或抑制下游調(diào)控基因的表達(dá)。過去的研究中以ARF轉(zhuǎn)錄激活因子為多,ARF轉(zhuǎn)錄抑制因子的功能仍然不是很清楚。最近,研究者發(fā)現(xiàn)擬南芥轉(zhuǎn)錄抑制因子ARF2和ARF10/16分別參與植物響應(yīng)干旱和A1脅迫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程,暗示ARF介導(dǎo)了非生物脅迫信號和植物內(nèi)源生長發(fā)育信號相互作用,但ARF轉(zhuǎn)錄因子如何參與非生物脅迫響應(yīng)及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理至今還不是很清楚。本研究從水稻耐鹽相關(guān)突變體資源篩選入手,在實(shí)驗(yàn)室已有的日本晴EMS突變體庫中鑒定分離到4個(gè)純合鹽敏感突變體rss4(ricesaltsensitive 4)、rss5、rss6、rss7和1個(gè)純合耐鹽突變體rst1(rice salt tolerant 1)。這些突變體耐鹽性的變化很可能是由于在鹽脅迫下地上部限制Na+積累的能力不同所導(dǎo)致。與野生型相比,鹽脅迫下rss4、rs5、rss6、rss7地上部均積累更多的Na+,而rst1地上部積累的Na+更少。本研究針對耐鹽突變體rst1做更進(jìn)一步的圖位克隆工作以及耐鹽功能初步解析。遺傳分析表明rst1突變體耐鹽性的變化受單隱性核基因控制。通過分子標(biāo)記連鎖圖譜構(gòu)建和初定位群體地上部Na+含量檢測,在全基因組范圍掃描到2個(gè)控制地上部Na+含量的QTL位點(diǎn)(qSNC-4和qSNC-6)。qSNC-4和qSNC-6位點(diǎn)處降低地上部Na+含量的等位基因分別來源于PA64和rst1,初步確定qSNC-6是所要尋找的目標(biāo)QTL。擴(kuò)大定位群體,利用極端耐鹽單株對qSNC-6進(jìn)行精細(xì)定位,將目標(biāo)區(qū)域縮小至標(biāo)記IM29432和IM29477之間物理距離約為45kb的染色體區(qū)段內(nèi),該區(qū)段內(nèi)包含5個(gè)基因。DNA測序和比對發(fā)現(xiàn),rst1突變體在該區(qū)間僅存在一個(gè)突變位點(diǎn),即ORF5基因起始密碼子后第990個(gè)堿基(位于第一個(gè)外顯子上),由G變?yōu)锳,對應(yīng)的氨基酸由Trp變?yōu)榻K止密碼子,導(dǎo)致提前終止。ORF5基因編碼ARF(Auxin response factor)蛋白家族中的成員之一,本文中用OsARFx表示。轉(zhuǎn)基因回補(bǔ)材料和T-DNA插入突變體耐鹽表型鑒定均確認(rèn)了OsARFx是RST1的候選基因。qRT-PCR和GUS組織染色顯示RST1在大多數(shù)組織器官中均有不同程度表達(dá),葉片中葉肉細(xì)胞表達(dá)較強(qiáng),花器官中僅在雄蕊表達(dá),根部外皮層、皮層厚壁細(xì)胞、中柱表達(dá)較強(qiáng)。RST1的表達(dá)能被鹽處理和干旱處理誘導(dǎo)。亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)RST1主要定位在細(xì)胞核。RST1是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子,轉(zhuǎn)錄活性實(shí)驗(yàn)表明RST1具有轉(zhuǎn)錄抑制活性。RNA-seq、qRT-PCR、EMSA體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明RST1可能抑制氮吸收和代謝相關(guān)基因的表達(dá)。此外,RST1還能與OsARF8、OsARF11、OsARF22相互作用形成復(fù)合體。這與前人已有的研究相似,不同之處在于,RST1通過N端與OsARF8、OsARF11、OsARF22,而其它研究結(jié)果中ARF之間多通過C端相互作用形成二聚體。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),RST1在進(jìn)化中特別保守,與常見單子葉作物和雜草親緣關(guān)系最近,氨基酸相似度最高;單倍型分析RST1基因在水稻自然變異中多態(tài)性很低,無實(shí)質(zhì)的功能缺失變異。綜上所述,本文通過耐鹽性篩選找到一個(gè)耐鹽突變體rst1。經(jīng)過圖位克隆發(fā)現(xiàn)rst1耐鹽性的提高是由于編碼OsARFx的基因突變導(dǎo)致。功能分析表明RST1在鹽脅迫下被誘導(dǎo),可能通過抑制氮吸收和代謝相關(guān)基因的表達(dá)負(fù)調(diào)控水稻耐鹽性。RST1在水稻中自然變異程度低,在其它常見單子葉作物和雜草中保守,本研究為水稻和其它作物耐鹽遺傳育種提供了理論指導(dǎo)。
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【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：1757733