水稻低温条件下叶绿体发育必需基因TSV2的克隆与功能分析

论文摘要

叶绿体是绿色植物进行光合作用的半自主性细胞器,它的正常合成需要相关核基因和质基因共同调控。当其中某个基因发生突变时,可能会影响叶绿体的正常发育和光合色素的正常合成,从而引起叶色异常,甚至导致植株死亡。其中低温胁迫是影响水稻生长的一种主要的非生物胁迫,水稻在低温环境下会产生一系列的生理及代谢异常。特别在幼苗发育阶段,低温会降低发芽率以及延缓叶片的形成与转绿等。本研究通过对粳稻品种嘉花1号60Coγ射线诱变处理,筛选获得一个低温敏感白化突变体tsv2,对其进行生理性状分析、图位克隆、敲除互补验证、亚细胞定位、生物信息学分析以及相关功能分析,得出以下结论:1.在20℃低温环境下,突变体tsv2苗期呈现白化表型,叶绿体结构异常,最终在4叶期后死亡。随着环境温度的升高,叶片颜色逐渐恢复,突变体叶色的变化与叶绿素（Chl）含量和叶绿体发育相对应。当32℃时,突变体的叶片颜色恢复成正常绿色。2.培矮64S与tsv2杂交产生的F2代群体遗传分析结果表明该性状是受单个的隐性核基因TSV2控制。通过两个群体（培矮64S/tsv2,93-11/tsv2）的图位克隆将突变基因定位在水稻2号染色体分子标记ID19911和ID13097之间60kb区域内,对此区域内的候选基因进行测序后发现突变体的基因LOCOs02g 33500（TSV2）在第八外显子出现一个碱基的替换。经过基因互补和CRISPR/Cas9基因组编辑技术敲除验证,证明基因TSV2的突变导致突变体表型变化。3.基因TSV2编码苏氨酰-tRNA合成酶,属于氨酰-tRNA合成酶家族中Ⅱa类。通过对TSV2所编码蛋白质氨基酸序列的保守性分析,发现它在不同的高等植物中高度保守。进一步分析其与更多物种同源蛋白的进化关系,发现TSV2蛋白与单子叶植物的亲缘关系较近,与双子叶植物亲缘关系较远。4.基因TSV2主要在叶片中表达,亚细胞定位在叶绿体中。转录水平分析显示,TSV2的突变导致叶绿体相关基因在20℃低温环境下的表达明显降低,阻止了叶绿体中核糖体的形成,而它们在32℃高温环境下恢复到接近正常水平。这些结果表明TSV2在低温环境下对叶绿体发育的重要作用,该基因异常会导致叶绿体发育相关基因异常表达和叶绿体结构异常。对研究水稻在低温逆境下的生理代谢变化及低温应答分子机理具有重要的意义,也可为水稻耐低温性状的遗传改良提供一定的帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 水稻叶绿体发育过程
•     1.2.2 苗期低温胁迫研究进展
•     1.2.3 氨酰-tRNA合成酶
•   1.3 本研究的目的与意义
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验材料和生长条件
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 突变体tsv2 幼苗期表型分析
•     2.2.2 突变体tsv2 光合色素含量分析
•     2.2.3 叶绿体亚显微结构观察
•     2.2.4 遗传分析和定位群体构建
•     2.2.5 DNA提取
•     2.2.6 TSV2 的基因定位与图位克隆
•     2.2.7 筛选及确定突变基因
•     2.2.8 突变体tsv2 的互补验证
•     2.2.9 目的基因敲除实验
•     2.2.10 TSV2 的组织特异性表达分析
•     2.2.11 TSV2 的亚细胞定位分析
•     2.2.12 突变体tsv2 表达分析
• 第三章 结果与分析
•   3.1 突变体tsv2 苗期叶色
•   3.2 突变体tsv2 光合色素含量
•   3.3 叶绿体亚显微结构观察
•   3.4 遗传分析
•   3.5 图位克隆
•   3.6 基因TSV2 生物信息学分析
•     3.6.1 多序列比对
•     3.6.2 同源基因分析
•     3.6.3 蛋白结构域预测
•   3.7 基因互补验证
•   3.8 基因敲除验证
•   3.9 基因TSV2 的组织特异性表达
•   3.10 TSV2 的亚细胞定位分析
•   3.11 相关基因表达分析
• 第四章 讨论与结论
•   4.1 TSV2 是低温胁迫下叶绿体发育和生长所必需基因
•   4.2 TSV2 影响叶绿素的合成及光合作用
•   4.3 TSV2 在蛋白质合成中起关键作用
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王钰露

导师: 董彦君

关键词: 水稻,低温胁迫,白化表型,叶绿体发育,图位克隆,苏氨酰

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 上海师范大学

分类号: S511;Q943.2

总页数: 51

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