高、矮秆蓖麻转录组分析及RcBKI1和RcGASA9基因的功能研究

来源 :内蒙古民族大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:shihongxin
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蓖麻(Ricinus communis L.)是一种非常重要的油料作物,因其较高的含油量和可再生性被誉为“绿色石油”。目前应用的多数蓖麻品种为高秆类型,其抗倒伏能力差、不利于机械化收割,严重阻碍着蓖麻产业的发展。选育和利用矮秆蓖麻是解决上述问题经济有效的措施之一。由于基因组信息的不完整以及表达谱数据的匮乏,有关蓖麻矮化基因挖掘和矮化机理的研究相对滞后,致使缺少成熟的理论和技术成果用于蓖麻矮化育种研究。为了揭示蓖麻株高调控机制,本研究利用转录组测序(RNA-Seq)技术比较了高、矮秆蓖麻中基因表达的变化。此外,植物激素相关的基因BKI1和GASA在植物生长发育过程中具有重要的作用,但在蓖麻中尚未进行系统研究。结合转录组结果,本研究对Rc BKI1和Rc GASA9基因的功能进行了初步鉴定。主要研究结果如下:在转录水平分析了高、矮秆蓖麻基因表达模式。以蓖麻矮秆3358和高秆2129为父母本进行杂交,获得F2株高性状分离的群体,利用高通量测序平台Hi Seq2000对高、矮秆蓖麻进行转录组学分析,共获得6 557个差异表达基因(DEGs);代谢通路富集分析显示,这些DEGs主要参与植物激素信号转导通路。初步鉴定了蓖麻Rc BKI1(30170.t000310)基因功能。BKI1是油菜素内酯信号转导途径中重要的调控蛋白。蓖麻Rc BKI1基因完整开放阅读框(ORF)为999 bp,仅含1个外显子,编码332个氨基酸。根据RNA-Seq结果,相对于高秆蓖麻,Rc BKI1基因在矮秆蓖麻中的表达水平下调4.3倍。通过遗传转化方法,共获得3棵过表达Rc BKI1阳性蓖麻,转化率为0.07%;基于CRISPR/Cas9基因编辑技术,获得1棵Rc BKI1敲除待检测植株。与野生型相比,过表达Rc BKI1的蓖麻出现节间缩短和矮化表型,初步证明Rc BKI1是蓖麻株高发育过程中的负调控基因。初步鉴定了蓖麻Rc GASA9(29728.t000025)基因功能。GASA基因家族是响应赤霉素等植物激素信号的基因家族。蓖麻Rc GASA9基因完整ORF为342 bp,含有4个外显子,编码113个氨基酸。根据RNA-Seq结果,Rc GASA9基因在矮秆蓖麻中的表达水平相较于高秆蓖麻下调2.6倍。通过遗传转化方法,共获得2棵过表达Rc GASA9阳性蓖麻,转化率为0.07%;获得7棵CRISPR/Cas9敲除Rc GASA9待检测植株。与野生型蓖麻相比,过表达Rc GASA9的植株节间伸长、株高增加,证明Rc GASA9基因在蓖麻株高发育过程具有重要的调控功能。
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