水稻根毛发育相关基因OsEXP17的克隆和功能研究

论文摘要

根毛是植物根部表皮细胞上的一些管状突起。拟南芥中根毛发生发育机制相关基因的报道较多,并且已经构建了一个大致的调控路径。目前水稻中参与根毛发生发育机制的基因鲜见报道。我们从EMS诱变水稻突变体库中筛选了一个短根毛突变体,并以此为材料开展了表型、生理与基因克隆等研究,主要研究结果如下:1.从EMS诱变籼稻品种Kasalath突变体库中筛选获得了一个短根毛突变体,记为ksrh1。ksrh1是一个核基因控制的单基因隐性突变。2.图位克隆表明ksrh1由第6号染色体上的OsEXP17（LOCOs06g01920）基因点突变造成。并且通过在突变体中转化OsEXP17基因的方法回复了突变体短根毛的表型。OsEXP17点突变造成催化域一个较为保守的氨基酸发生突变,因而有可能造成了某些催化功能的变化。基因克隆后突变体被重新命名为exp17。3.突变体exp17表现为根毛长度变短,直径变粗,单位面积内根毛细胞数量也显著增多。但是,除此之外突变体其它的表型没有显著变化,其地上部（包括株高等）及根部（主根长度、侧根长度和数量、不定根长度和数量）与野生型相比都没有显著性差异;通过对突变体整个生育期及其农艺性状的考察,发现它与野生型之间也没有显著性差异。由此表明OsEXP17对根毛伸长具有特异性。4.RT-PCR分析表明OsEXP17仅在根部表达,且在根毛中强烈表达,亚细胞定位在细胞膜上。在缺磷和激素处理条件下,野生型的根毛受到了明显的诱导,突变体也受到了一定的诱导,但是并不能回复到野生型表型。可能是因为OsEXP17基因处在根毛形态发生调控路径比较下游的位置所造成的,与根毛发生或尖端生长时细胞壁的变化直接相关。5.OsEXP17与拟南芥中的AtEXP7和AtEXP18高度同源,而拟南芥的这两个expansin基因的表达与根毛的发生紧密相关。OsEXP17基因功能的研究为expansin基因和根毛的形态发生紧密相关的推测找到了直接证据,也证明了水稻和拟南芥的根毛发生发育机制至少部分是保守的。综上所述,我们通过图位克隆的方法克隆到了一个与水稻根毛发生发育相关的基因OsEXP17,并对它的功能进行了研究。

论文目录

• 致谢
• 缩略语表
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1 根毛的发生发育
• 1.1 根毛细胞命运的决定
• 1.2 根毛的起始
• 1.3 根毛的尖端生长
• 1.4 根毛的成熟
• 2 影响根毛发生发育的因素
• 2.1 营养条件对根毛的影响
• 2.2 激素对根毛的影响
• 3 细胞壁与根毛的发生发育
• 4 EXPASIN家族
• 5 本研究目标和意义
• 第二章 突变体ksrh1（exp17）的筛选、表型鉴定和基因克隆
• 1 水稻根毛突变体筛选
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 水稻Kasalath突变体库的建立
• 1.2.2 水稻营养液配方
• 1.2.3 水稻生长条件及突变体筛选
• 1.3 结果与分析
• 2 突变体表型描述
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 表型观测
• 2.2.2 植株生长与根系参数测定
• 2.2.3 扫描电镜观测根毛形态
• 2.2.4 盆栽及农艺学性状分析
• 2.3 结果与分析
• 2.1.1 突变体的表型及根部参数
• 2.1.2 突变体的根毛表型及参数
• 2.1.3 盆栽条件下突变体农艺性状的分析
• 2群体的构建及突变基因的遗传分析'>3 突变体的F₂群体的构建及突变基因的遗传分析
• 3.1 材料
• 3.2 方法
• 2群体的构建'>3.2.1 突变体的F₂群体的构建
• 3.2.2 突变体的遗传分析
• 3.3 结果与分析
• 4 突变基因的克隆
• 4.1 材料
• 4.2 方法
• 2突变体样品DNA的提取'>4.2.1 F₂突变体样品DNA的提取
• 4.2.2 图位克隆
• 4.2.3 候选基因的确定
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 突变基因的图位克隆
• 4.3.2 候选基因的确定
• 5 突变体中OsEXP17基因的功能互补验证
• 5.1 材料
• 5.2 方法
• 5.2.1 回复载体的构建
• 5.2.2 农杆菌介导的水稻（籼稻）转化
• 5.2.3 RT-PCR分析
• 5.3 结果与分析
• 6 小结与讨论
• 第三章 养分及激素对水稻根毛的影响
• 1 Pi缺乏对水稻根毛的影响
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.3 结果与分析
• 2 激素对水稻根毛的影响
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 NAA处理
• 2.2.2 6-BA处里
• 2.2.3 ACC处理
• 2.3 结果与分析
• 3 小结与讨论
• 第四章 水稻OsEXP17基因生物信息学分析
• 1 方法
• 1.1 OsEXP17与水稻EXPANSIN—a家族的分析
• 1.2 OsEXP17与EXPANSIN-a家族的部分基因的联配比较
• 1.3 OsEXP17与EXPANSIN-a家族的系统进化分析
• 1.4 信号肽的预测
• 1.5 蛋白二级结构变化预测
• 2 结果与分析
• 2.1 OsEXP17的基因结构与水稻EXPANSIN-a家族
• 2.2 OsEXP17与EXPANSIN-a家族的部分基因的蛋白序列联配及进化树分析
• 2.3 OsEXP17的信号肽和亚细胞定位预测
• 2.4 蛋白二级结构变化预测
• 3 小结与讨论
• 第五章 OsEXP17基因的表达分析和蛋白亚细胞定位
• 1 OsEXP17基因的组织特异性表达分析
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 半定量分析
• 1.2.2 启动子融合GUS载体的构建
• 1.2.3 GUS染色及显微观察
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 半定量PCR结果分析
• 2.3.2 GUS染色结果
• 2 OsEXP17蛋白的亚细胞定位分析
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 sGFP融合载体的构建
• 2.2.2 样品的预处理
• 2.2.3 微弹的制备
• 2.2.4 质粒的包裹
• 2.2.5 PDS-1000/He型基因枪的操作步骤
• 2.2.6 轰击后样品的处理
• 2.2.7 GFP荧光的观察
• 2.2.8 洋葱表皮的质壁分离
• 2.3 结果与分析
• 3 小结与讨论
• 第六章 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 附录