水稻OsTHE1家族基因结构与功能的研究

论文摘要

细胞壁是植物细胞特有的组分,它参与植物水分吸收、物质转运和植物与环境的互作。研究证明,在水稻生长发育过程中,细胞壁合成基因家族在细胞壁伸长、加厚和修饰过程中发挥了重要作用。其中,OsTHE1基因家族是一类参与水稻细胞壁合成的类受体蛋白激酶亚家族。本文首先通过生物信息学分析方法,预测了OsTHE1家族基因的结构及功能,并利用qRT-PCR和基因功能突变体初步探讨了OsTHE1家族基因的功能。主要结果如下：1. OsTHE1基因家族的生物信息学研究表明,OsTHE1基因家族含有19个成员,可分成2个亚组。该家族蛋白含有信号肽、1-2个碳水化合物结合域、跨膜结构域和胞内激酶域。其中,17个基因不含内含子。该家族大部分基因的启动子含有光信号诱导表达和胚乳发育相关的顺式作用元件。2. OsTHE1家族基因的基因芯片组织表达和qRT-PCR分析表明,该家族基因在水稻全生育期中表达可以分成2组,3个亚组。qRT-PCR分析证实了组成型表达基因OsTHES6和花药特异性表达基因OsTHES11。8个基因在开花期第3个节间中表达量较第1节间和第2节间明显增加。暗示它们可能参与次生细胞壁的生物合成。3.通过基因组PCR及潮霉素筛选,鉴定出OsTHES2、OsTHES6、OsTHES16是纯合突变体,OsTHES11是杂合突变体。4.构建了OsTHES6基因的超表达载体,并获得转基因阳性植株。同时,构建了OsTHES10和FLAG标签蛋白融合的超表达载体和RNAi抑制表达载体。5. OsTHES6超表达转基因及其T-DNA在光暗处理下的幼苗生长试验表明,OSTHES6基因超表达降低了对光处理的敏感性,插入突变增加了对光处理的敏感性。这暗示了该基因参与了水稻幼苗的光反应过程。这与该基因启动子中的光反应顺式作用元件相对应。本文还对该基因家族的进化、基因表达和基因功能鉴定等方面进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略名词表（Abbreviation）
• 1 文献综述
• 1.1 植物细胞壁的组成、结构和功能
• 1.1.1 植物细胞壁的结构、组成
• 1.1.2 植物细胞壁的功能
• 1.2 纤维素的合成与调控
• 1.2.1 纤维素合成的途径
• 1.2.2 纤维素合成的基因和调控机制
• 1.3 THE1家族基因的发现、结构与功能
• 1.3.1 植物THE1家族基因的发现
• 1.3.2 植物THE1家族基因的结构
• 1.3.3 植物THE1家族基因的功能
• 1.4 水稻OsTHE1家族基因功能的研究
• 1.4.1 水稻OsTHE1基因家族的鉴定
• 1.4.2 水稻OsTHE1基因家族的功能研究
• 1.5 本研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 水稻材料
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 菌株与载体
• 2.1.4 酶与试剂
• 2.2 方法
• 2.2.1 OsTHE1家族的生物信息学分析
• 2.2.2 OsTHE1家族全生育期芯片表达分析
• 2.2.3 OsTHE1家族组织表达谱及节间表达分析
• 2.2.4 基因的克隆
• 2.2.5 植物表达载体的构建
• 2.2.6 表达载体导入根癌农杆菌
• 2.2.7 农杆菌介导水稻转基因
• 2.2.8 转基因植株的鉴定
• 2.2.9 突变体植株的鉴定
• 2.2.10 水稻植株农艺性状的观察及测定
• 2.2.11 突变体及转基因植株光暗实验
• 3 结果分析
• 3.1 水稻OsTHE1家族的结构分析
• 3.1.1 OsTHE1家族基因的命名与类型
• 3.1.2 OsTHE1家族基因的基因组结构特征
• 3.1.3 OsTHE1家族的蛋白结构特征
• 3.2 OsTHE1家族基因表达分析
• 3.2.1 OsTHE1家族基因水稻全生育期芯片表达
• 3.2.2 OsTHE1家族基因在不同组织中表达的qRT-PCR检测
• 3.3 OsTHE1家族基因功能的分析
• 3.3.1 4个OsTHE1基因T-DNA插入突变体的鉴定
• 3.3.2 OsTHES6和OsTHES10基因表达载体的构建
• 3.3.3 OsTHES6基因超表达转基因植株的鉴定
• 3.3.4 光暗处理对OsTHES6基因T-DNA纯合突变体和超表达幼苗胚芽伸长影响
• 4 讨论
• 4.1 植物THE1基因家族的进化
• 4.2 水稻和拟南芥THE1基因家族结构的比较
• 4.3 水稻和拟南芥THE1家族基因表达的比较
• 4.4 水稻OsTHE1家族基因功能的鉴定
• 参考文献
• 附录
• 附录Ⅰ 组织培养母液配方
• 附录Ⅱ 常见抗生素配方
• 致谢