水稻Aux/IAA基因家族进化分析及OsIAA23基因功能的鉴定

论文摘要

生长素/吲哚-3-乙酸（Aux/IAA）基因家族在植物生长素信号转导中扮演着重要的角色。其与植物细胞的伸长、分裂与分化、向光性及重力性、根和芽的发生等植物生理生化过程都密切相关。该基因家族及其各自的功能在拟南芥中有比较详尽的研究,但在水稻这种全球性重要粮食作物中的研究相对较少。本文通过对水稻Aux/IAA基因家族进化与群体遗传学的分析,试图系统性地探讨水稻中Aux/IAA家族基因的进化过程,进而对其功能进行验证,为水稻高产育种提供理论支撑。Aux/IAA基因家族属于生长素响应基因家族,其编码的短寿命核蛋白包含四个高度保守的结构域（结构域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ）。我们的研究表明,水稻Aux/IAA基因家族中共有31个成员;通过群体遗传学方法,引入394个不同品系的水稻的基因组数据,系统比较不同生态型样本中Aux/IAA同源基因序列的核苷酸多样性、非同义/同义突变比等遗传多态性指标。计算结果表明:基因OsIAA2,OsIAA23和OsIAA27的CDS区域显示出相对较高的遗传多态性（≥2‰）,而基因OsIAA2,OsIAA22,OsIAA23和OsIAA29在其结构域II中检测到了强烈的正选择。以此为基础,我们以OsIAA23（Os06t0597000）为代表,进而对其功能及其演化之间的关系进行详细探讨。前人初步的研究表明,水稻的Aux/IAA基因OsIAA23（Os06t0597000）可能在其根和芽的发育过程中发挥着作用。但其所获得的Osiaa23突变体不育,无法对其进行深入的研究。我们用CRISPR/Cas9系统从粳稻（武运粳24）和籼稻（Kasalath）中分别获得了 2个和5个TO代Osiaa23突变体,共发现4种突变类型:3 bp缺失的Kasalath突变体-KaOsiaa23-3、39 bp缺失的Kasalath突变体-KaOsiaa23-39:G-插入的武运粳24突变体-WuOsiaa23+1（g）、T-插入的武运粳24突变体-WuOsiaa23+1（t）。培养TO代植株收获的种子共获得20个Kasalath T1代突变体和30个武运粳24 T1代突变体,并对T1代突变体进行基因组重测序以排除脱靶效应的干扰。与只有一个氨基酸缺失的突变体KaOsiaa23-3相比较,有着13个氨基酸缺失的突变体KaOsiaa23-3/-39及KaOsiaa23-39表现出更明显的矮化、侧根发育障碍和生育力更低下的表型。而理论上会产生移码突变并出现明显的突变表型的单一碱基对插入突变体WuOsiaa23+1（g）、WuOsiaa23+1（t）和WuOsiaa23+1（g）/+1（t）,实际上表型变化并不明显,其生育力也表现正常。通过转录组重测序发现,武运粳24突变体中出现了新的OsIAA23基因转录本,其成功地绕开了能引起提前终止的突变,恢复了 OsIAA23基因的大部分功能。这一发现表明突变体可以通过选择性剪接来掩盖目标基因因CRISPR/Cas9编辑而造成的功能丧失。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要缩略词
• 第一章 绪论-Aux/IAA基因家族研究进展
•   1.1 引言
•   1.2 Aux/IAA蛋白的基本结构特点
•   1.3 Aux/IAA基因家族的分子调控机制
•     1.3.1 生长素的信号转导途径
•     1.3.2 Aux/IAA蛋白的综合物理相互作用
•   1.4 Aux/IAA基因的功能报道
•     1.4.1 拟南芥中Aux/IAA基因的功能
•     1.4.2 水稻中Aux/IAA基因的功能
•     1.4.3 其他植物中Aux/IAA基因的功能
•   1.5 本研究的背景、目的和意义
• 第二章 水稻Aux/IAA基因家族进化分析
•   2.1 引言
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 Aux/IAA基因家族系统进化树构建
•     2.2.2 水稻Aux/IAA基因家族多态性分析
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 Aux/IAA基因鉴定和系统发生分析
•     2.3.2 水稻Aux/IAA基因群体遗传学分析
•   2.4 讨论
•   2.5 本章小结
• 第三章 水稻OsIAA23基因的功能鉴定
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 水稻OsIAA23功能缺失突变体构建
•     3.2.2 水稻OsIAA23基因敲除突变体敲除型鉴定
•     3.2.3 水稻OsIAA23基因表达分析
•   3.3 结果分析
•     3.3.1 OsIAA23功能缺失突变体敲除型的获得及鉴定
•     3.3.2 突变体的重测序排除脱靶效应干扰
•     3.3.3 OsIAA23功能缺失突变体表型鉴定
•     3.3.4 突变体及野生型中OsIAA23基因表达分析
•   3.4 讨论
•     3.4.1 CRISPR/Cas9诱导了选择性剪接的新变化
•     3.4.2 OsIAA23基因对水稻的多效性及其在水稻中的作用
•     3.4.3 OsIAA23及其两个同源基因之间的相互作用
•   3.5 本章小结
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表和待发表的研究论文
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李司敏

导师: 王龙

关键词: 水稻,基因,根系发育,可变剪接

来源: 南京大学

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: 南京大学

分类号: S511;Q943.2

总页数: 78

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