论文摘要
水稻是全世界最重要的粮食作物之一,也是研究单子叶植物遗传发育的模式植物。多梳蛋白（Polycomb group protein, PcG）类基因是植物和动物在进化过程中形成的一类保守的转录抑制因子,拟南芥的几个PcG蛋白复合物在控制开花时间和种子发育中具有重要功能。然而,PcG类基因在单子叶模式植物水稻中的功能尚不清楚。本研究采用反向遗传学策略,通过生物信息学分析,获得了水稻PcG类基因OsEMF2b的相关信息和该基因的T-DNA插入突变体,并以该突变体为材料进行研究,初步确定了OsEMF2b基因的生物学功能,为进一步深入研究该基因的功能和作用机制奠定基础。主要研究结果如下：1.通过生物信息学分析,发现水稻中含有两个EMF2基因OsEMF2a和OsEMF2b,编码一个C2H2锌指结构域和一个VEF-box结构域,它们与果蝇Su（z）12、拟南芥FIS2、VRN2和EMF2同源,进化分析显示,EMF2是一个古老而保守的基因,OsEMF2b和高粱中的EMF2进化关系最近。2.实时荧光定量PCR （qRT-PCR）分析结果显示,OsEMF2b基因在水稻各组织中呈组成型表达,在受精后胚乳中的表达出现明显上升趋势,暗示OsEMF2b基因参与调控水稻生长发育的各个时期。3.对获得的OsEMF2b基因T-DNA插入突变体进行共分离检测,结果显示其突变表型与T-DNA插入共分离,杂合突变体和野生型在营养生长阶段没有明显的形态学差异,在生殖生长阶段出现花器官形态异常和数量变异；纯合突变体植株营养生长明显受到抑制,并且在长日条件下不开花。表明OsEMF2b基因参与调控水稻的营养生长、花器官发育和成花转变。4.通过RT-PCR分析一些MADS-box类基因在野生型和OsEMF2b突变体幼穗发育两个不同时期的表达,发现部分基因的表达在突变体中出现差异,导致花器官发育异常,所以OsEMF2b基因可能通过调控MADS-box类基因而影响花器官发育。5.Osemf2b纯合突变体在长日条件下不开花,表明OsEMF2b基因在长日条件下正调控即促进水稻开花。进一步分析发现,OsEMF2b基因在短日条件下节律性表达,在一天中的黎明时表达最高,中午表达最低。已知促进水稻开花的基因OsMADS50、Ehd1、Hd3a、OsMADS14和OsMADS15在Osemf2b纯合突变体中的表达都明显下调,表明(（?）sEMF2b基因参与水稻中Ehdl介导开花的光周期途径,促进FT类基因Hd3a的表达诱导开花。6.构建了OsEMF2b基因的超量表达载体和用于Osemf2b突变体的互补载体,为进一步分析转基因植株的表型、确定该基因的功能奠定了基础。近年来,世界上几个大型水稻T-DNA插入突变体库的建立,以及水稻全基因组测序数据,为人们采用正向遗传学和反向遗传学策略研究水稻基因组功能提供了重要资源。本文针对水稻花器官和种子发育缺陷的相关表型,通过对华中农业大学国家植物基因研究中心构建的大型水稻T-DNA插入突变体库进行筛选,获得了大量突变体信息及材料,为进一步克隆水稻花器官发育以及种子发育相关基因奠定了基础。具体结果如下：1.在9760个突变体家系中筛选得到177个花器官形态和数量异常的突变家系,突变频率为1.81%；从3432个家系中筛选到179个种子发育缺陷的突变家系,突变频率为5.22%。2.对所获得的270个突变家系进行了T-DNA插入的阳性检测,阳性率为64.8%。3.利用水稻T-DNA插入突变体公共数据库（RMD）给定的侧翼序列,鉴定了其中一个结实率较低的突变体家系,表明其突变表型和T-DNA插入共分离,为深入研究该基因的功能提供了重要的遗传材料。