水稻Ds插入具芒突变体的鉴定与相关基因的克隆

论文摘要

芒是禾本科植物小花外稃上的突出物,是禾本科植物的外稃顶端由中肋延伸而成的结构。芒作为野生稻中普遍存在的一个结构,可以帮助种子散布,同时防止鸟兽啄食。但是,在长期的人工选择和品种选育过程中,芒作为一个对收割不利的性状逐渐被淘汰。水稻和其他人工种植的作物一样,从野生种到栽培品种经过了漫长的驯化过程。研究水稻基因组内到底发生了何种变化,导致从有芒到无芒,对于认识水稻驯化的过程与机制有重要意义。开展水稻芒发育相关基因的定位、克隆及作用机理等方面的研究,对实现水稻驯化的定向改良也具有十分重要的理论意义和应用价值。本研究对Ds插入产生的水稻具芒突变体进行了初步鉴定,这将为揭示水稻芒发育相关的生物学机制提供线索,同时为利用芒发育相关基因分析稻属植物系统演化积累资料。本研究主要包括以下两方面的内容:1.具芒突变体的形态、生理鉴定。随机选取具芒突变体与野生型各53株,测量并记录该突变体与野生型的株高、分蘖数及芒长,并通过SPSS软件分析其差异。结果显示,有芒突变体在株高、分蘖数和芒的长度上与野生型均有显著差异。野生型的株高为70.35±3.80 cm,突变体的株高为90.54±4.67 cm,差异显著;野生型的分蘖数为18.19±4.52,突变体的分蘖数为13.68±2.50,存在显著差异;野生型植株无芒,而Ds插入突变体有芒。随机量取了100粒Ds插入突变体的芒长,其长度跨度较大,从0.2 cm到3.7 cm不等,平均值为1.3 cm;另外,在种子萌发的过程中,Ds插入突变体的萌发势较野生型弱。2.Ds侧翼序列的扩增及Ds标签基因的结构和功能预测。采用TAIL-PCR方法从该突变体中克隆了Ds插入的侧翼序列,并以该序列作为待查询序列进行核苷酸序列数据库（NCBI-BLAST）在线比对分析,找到Ds插入部位基因,并用生物信息学软件分析插入部位基因结构、功能。结果显示,克隆的Ds侧翼序列插入在7号染色体Os07g0588700前1339 bp处。以FGENESH和GeneMark.hmm两种软件分别对Ds插入基因的结构进行分析,两种软件的预测结果基本吻合,在外显子的数目、大小、位置等方面均得到高度一致的结果。同时用软件NCBI Entrez server和Pfam对该基因进行功能预测,推测的该基因编码产物含1个锌指区CX2CX3FX5LX2HX3H,且含高度保守的QALGGH保守区,推测为水稻的锌指蛋白（zinc finger protein）。综合形态、生理鉴定和分子分析结果,初步认为,Ds插入影响了水稻锌指蛋白的表达调控,从而使突变体产生了具芒的表型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 芒、芒性及其相关基因的鉴定
• 1.1.1 芒的有无和类型
• 1.1.2 水稻芒性相关基因的鉴定
• 1.2 Ac/Ds 转座系统与水稻功能基因组学
• 1.2.1 已建立的Ac/Ds 转座系统
• 1.2.2 Ac/Ds 结构和转座机制
• 1.2.3 水稻基因组Ac/Ds 转座系统及突变体的筛选
• 1.3 研究的目的与意义
• 第二章 水稻Ac/Ds 插入具芒突变体的形态和生理特性鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 植株株高的比较
• 2.2.2 植株分蘖数的比较
• 2.3 讨论
• 第三章 水稻具芒突变体分子检测及Ds 标签基因的结构与功能预测
• 3.1 植物材料
• 3.2 方法
• 3.2.1 基因组DNA 的提取及方法比较
• 3.2.2 Ac/Ds 插入的PCR 鉴定
• 3.2.3 Ds 侧翼片段的TAIL-PCR 扩增
• 3.2.4 Ds 插入位点及其标签的DNA 序列结构分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 基因组DNA 提取方法的比较
• 3.3.2 PCR 分析Ac/Ds 在水稻基因组上的插入
• 3.3.3 Ds 侧翼序列的克隆及其序列测定
• 3.3.4 Ds 插入位点及其标签基因的结构和功能预测
• 3.4 讨论
• 3.4.1 TAIL-PCR 技术
• 3.4.2 锌指蛋白
• 3.4.3 锌指蛋白的分类
• 2H₂ 型锌指'>3.4.4 C₂H₂型锌指
• 第四章 小结与展望
• 4.1 主要小结及创新
• 4.2 有待进一步开展的研究工作
• 4.3 展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢