水稻干旱敏感型包穗基因dsep1的克隆

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水稻包穗与株高、育性、耐逆性等重要农艺性状密切相关,鉴定和克隆包穗基因对于阐明节间的生长发育规律,遗传改良不育系“包颈”性状以及揭示耐逆新机制等都具有重要意义。本试验从60Co-γ射线诱变籼型三系保持系T98B的后代中筛选到了干旱敏感型包穗突变体dsep1(drought-sensitive enclosed panicle1,dsep1)。本论文通过对dsep1的表型、生理、遗传和转录组学等的分析,得到了如下结果:(1)表型观察发现,与野生型T98B相比,dsep1的穗下第1节明显缩短,缩短比例竟达87.94%,穗下第1节纵切细胞的形态学表明细胞伸长受阻,细胞缩短了近1/41/3;激素含量分析表明,dsep1在剑叶、穗下第1节、穗枝梗及籽粒中的脱落酸含量均呈显著性增加,籽粒中增幅达到13.0倍,对应各个部位的赤霉素含量则呈现不同程度地降低,其中剑叶减幅近70%;外源赤霉素敏感性实验发现,dsep1对赤霉素的诱导较钝感,暗示dsep1体内赤霉素的信号转导可能受阻。(2)构建了dsep1与日本晴的籼粳交F2群体,通过图位克隆将dsep1基因精细定位在水稻第1号染色体上,确定了dsep1的候选基因为OsPSS1(LOCOs01g02890),它编码磷脂酰丝氨酸合成酶(PSS)。通过对该基因的测序发现,与野生型T98B相比,在第6外显子缺失了一个碱基T,造成开放阅读框(ORF)的移码而导致转录提前终止;利用CRISPR/Cas9技术在突变位点前、起始密码子ATG下游406425处选择靶位点构建敲除载体,转化日本晴获得了转基因纯系,表现出与dsep1类似的包穗表型,对候选基因进行了验证。(3)在抽穗期取干旱处理的dsep1和野生型T98B的穗下第1节进行转录组学分析,发现dsep1和野生型T98B差异基因主要富集于单细胞代谢过程(Single-organism metabolic process)的生物过程和催化活性(Catalytic activity)的分子功能部分,与胁迫响应相关的钙调蛋白(Calmodulin,CaM)基因、蛋白激酶(Protein Kinases,PK)基因以及赤霉素(GAs)等激素生物合成和信号转导基因发生了上调或下调。本研究结果为深入认识OsPSS1的生物学功能及干旱响应新机制提供了基础。
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