水稻OsSAUR10的表达和功能研究及水稻胚芽特异表达基因的生物信息学分析

论文摘要

植物的生长起始于种子萌发,受生长素和基因的共同调控。生长素是植物中最早被发现并研究的激素,它在植物细胞、组织和器官的分化、生长及植物与环境间的信息交流中发挥着重要的调控作用。根据生长素对基因表达的诱导或抑制的速度,被生长素调节转录的基因可分为早期响应基因和晚期响应基因。生长素早期响应基因是生长素响应因子直接作用的一类基因,Small auxin-up RNA（SAUR）基因是已知的主要的早期基因之一,能够被生长素诱导,其表达量能在很短的时间内快速上调,进而调节植物的生长发育。因此对OsSAUR10的表达和功能研究对于揭示生长素早期响应的调控机制具有重要的意义;同时对胚芽萌发时期的全基因组内胚芽特异表达基因的筛选、鉴定和生信分析将有为进一步研究提供理论基础。本实验以水稻生长素早期响应基因OsSAUR10为研究对象,首先进行了基本的生物信息分析,研究了OsSAUR10的时空表达和亚细胞定位,同时通过农杆菌介导的水稻转基因技术获得OsSAUR10的CRISPR和超表达植株以进一步研究OsSAUR10的功能,同时还系统的对水稻胚芽特异表达基因进行了生物信息学分析,所获得的主要结果如下:1.水稻OsSAUR10编码一个由166个氨基酸组成的蛋白质,不含信号肽,存在1个跨膜结构域和3个CG岛。表达分析表明该基因在花药、幼穗、根和苗期的表达量较高,并且该基因的表达量在IAA、NOA、ABA、GA3诱导后显著上调。说明OsSAUR10在水稻生长旺盛的部位表达。2.构建35S::OsSAUR10:GFP载体,通过PEG4000转化水稻原生质体,并利用特异性的细胞膜染料Dil,将水稻原生质体的细胞膜染为红色,通过激光扫描共聚焦显微镜观察到GFP荧光与Dil荧光重合,说明OsSAUR10蛋白定位于细胞膜。3.构建OsSAUR10超表达载体和CRISPR载体,并通过农杆菌侵染水稻愈伤的方法获得转基因植株。结果表明T1代OsSAUR10过量表达转基因植株苗期矮小、根系短。所获得CRISPR突变类型为OsSAUR10起始密码子后第192位到197位碱基缺失和第196位单碱基缺失两种缺失突变。CRISPR家系种子的萌发率、结实率、分蘖数都降低,且在苗期矮小。说明OsSAUR10正向调控水稻种子萌发和苗期生长,且超表达家系和CRISPR家系在苗期的表型相同可能是由于响应不同的激素途径导致的。4.进一步研究水稻中与生长素合成相关的OsYUCCA家族基因和与生长素极性运输相关的OsPIN家族基因在超表达植株和CRISPR植株中的表达量。结果表明OsSAUR10抑制OsYUCCA家族和OsPIN家族基因的表达。5.通过对芯片数据的筛选,鉴定到了88胚芽特异表达基因（plumule-specific genes,OsPluS）,45个OsPluS的仅在胚芽中高表达,9个OsPluS在所有组织中的表达量都较高。启动子元件的分析显示,在启动子区域存在与胚发育,激素响应相关的顺式元件,如-300 element,ABRELATERD1、ABADESI1、LTRECOREATCOR15、CAREOSREP1、GAREAT、WRKY71OS等。6.OsPluS的GO/KEGG富集分析表明,OsPluS可能参与脂肪酸生物合成过程,OsPluS互作蛋白的GO/KEGG富集分析的结果表明,OsPluS可能参与了生长素和脱落酸的合成。说明OsPluS与水稻胚芽发育过程中脂肪酸的合成相关,并且可能通过激素响应调节水稻的胚芽发育。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第一章 绪论
•   1.1 种子萌发
•   1.2 生长素
•     1.2.1 生长素概述
•     1.2.2 生长素的合成与代谢
•   1.3 生长素的分布和生理作用
•     1.3.1 生长素的分布
•     1.3.2 生长素的生理作用
•   1.4 生长素的运输
•     1.4.1 生长素的运输方式
•     1.4.2 生长素的极性运输载体
•   1.5 生长素早期响应基因
•   1.6 胚芽特异表达基因的研究
•   1.7 本研究的目的和意义
•     1.7.1 水稻OsSAUR10 基因表达和功能的研究
•     1.7.2 水稻胚芽特异表达基因的生物信息学分析
• 第二章 材料与方法
•   2.1 水稻材料和生长条件
•   2.2 基因的克隆和载体构建
•   2.3 农杆菌介导的遗传转化
•   2.4 DNA抽提
•   2.5 RNA提取和实时荧光定量PCR
•   2.6 GUS染色
•   2.7 原生质体的分离和转化
•   2.8 激素响应
•     2.8.1 培养条件
•     2.8.2 水稻营养液配方
•   2.9 生物信息学分析方法
•     2.9.1 水稻胚芽特异表达基因的鉴定
•     2.9.2 水稻胚芽特异表达基因的染色体定位和表达谱分析
•     2.9.3 水稻胚芽特异表达基因的启动子元件分析
•     2.9.4 水稻胚芽特异表达基因的蛋白互作网络的构建分析
•   2.10 引物信息
• 第三章 结果与分析
•   3.1 OsSAUR10 的结构分析
•   3.2 OsSAUR10 在胚芽期、根和花药等组织中高表达
•   3.3 OsSAUR10 CRISPR材料的构建及表型分析
•   3.4 OsSAUR10 CRISPR材料表型观察
•   3.5 OsSAUR10 蛋白的亚细胞定位
•   3.6 激素响应
•   3.7 生长素合成与运输相关基因家族表达研究
•   3.8 水稻胚芽特异表达基因的生物信息学分析
•     3.8.1 OsPluS基因的鉴定
•     3.8.2 OsPluS基因的染色体定位及复制模式分析
•     3.8.3 OsPlus基因的芯片表达谱分析
•     3.8.4 OsPluS基因的GO富集分析和KEGG富集分析
•     3.8.5 OsPluS基因的蛋白互作分析
•     3.8.6 OsPluS基因的启动子元件分析
•     3.8.7 OsPluS基因的表达模式验证芯片数据
• 第四章 讨论
•   4.1 OsSAUR10 基因正调控种子萌发后幼苗的生长发育
•   4.2 OsSAUR10 基因通过影响激素水平来影响种子萌发和苗期发育
•   4.3 OsSAUR10 基因抑制OsYUCCA和 Os PIN家族基因的表达
•   4.4 OsPluS基因可能参与了水稻中脂肪酸的生物合成
•   4.5 OsPluS基因通过激素响应参与胚芽的发育
•   4.6 OsPluS基因通过影响各种物质的合成来调节胚芽的发育
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 翟立升

导师: 乙引,黄小龙

关键词: 水稻,生长素

来源: 贵州师范大学

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: 贵州师范大学

分类号: S511;Q943.2

DOI: 10.27048/d.cnki.ggzsu.2019.000284

总页数: 66

文件大小: 5561K

下载量: 84