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水稻OsPIL15基因的表达模式及其在水稻生长发育中的作用

作　者: 李莉
导　师: 梁卫红
学　校: 河南师范大学
专　业: 细胞生物学
关键词: 水稻光敏色素 OsPIL15 基因表达光形态建成过表达
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

已知拟南芥的光敏色素相互作用因子（phytochrome-interacting factor, PIFs）在光信号传导途径中具有核心作用。序列分析显示，水稻基因组中存在6个潜在的PIF转录因子（OsPIL11-OsPIL16），对其表达和功能的研究尚未见报道。为了揭示水稻OsPIL15基因在水稻生长发育中作用，本研究采用实时PCR技术，分析了该基因在多种组织中的表达特性，以及光敏色素phyA、phyB单突变、phyAphyB双突变对该基因表达的影响。结果表明，OsPIF15基因在叶、根、茎、幼穗、老穗和胚等组织中广泛表达，且在叶片中的表达水平明显高于其他组织，尤其是在旗叶中，说明OsPIL15基因的表达受发育调控，且该基因的表达与phyB关系密切。半定量RT-PCR检测显示，该基因的表达还受光周期和生物钟的影响。为了进一步分析OsPIL15基因的功能，构建了其瞬时表达载体，并利用BiFC方法确定OsPIL15可以形成二聚体，并定位在细胞核内；构建了OsPIL15基因的植物过表达载体，并将其转化至水稻中，通过与野生型水稻的比较，发现T2代转基因水稻在黑暗条件下植株基本不生长，其它光照条件下转基因株系正常生长，说明OsPIL15基因过表达植株的生长依赖光照，而与光质无关。为了分析黑暗下过表达株系生长缺陷的原因，本研究检测了外源和内源ABA对转基因植株生长的影响。结果显示，OsPIL15基因过表达株系对外源ABA非常敏感，种子萌发率下降，而且在过表达株系中，ABA降解相关基因ABA8OX1和ABA8OX3的表达水平明显降低，而ABA合成相关基因ZEP、NCED3和NCED5的表达水平无明显差别。表型分析显示，OsPIL15基因过表达转基因水稻地上部分的高度基本上都显著低于野生型，叶片颜色偏黄，且叶绿素含量较低，说明OsPIL15基因过表达负调控幼苗的地上部分高度，及叶绿素的合成；但是过表达植株的叶片长度、叶鞘长度以及第二个叶片和叶鞘之间的夹角均显著大于野生型，而且单位叶面积上的气孔数目较多，说明OsPIL15基因过表达正调控叶鞘长度、叶片长度和叶角大小，以及水稻叶片的气孔密度。花期观察和育性分析结果显示，OsPIL15基因过表达转基因株系开花延迟7-10天。此外，OsPIL15基因过表达转基因株系与野生型在有效分蘖数、穗长、穗重和结实率都存在显著差异，说明OsPIL15基因参与了水稻多种生物学过程，包括叶绿素的合成、气孔的发育以及育性的调节等过程。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
缩略语  11-12
第一章前言  12-24
  1.1 光敏色素的分子特征  12-13
  1.2 光敏色素介导的光信号传导  13-15
  1.3 光敏色素的生理功能  15-16
    1.3.1 光敏色素与光周期开花  15
    1.3.2 光敏色素对植物激素及其他化学成分的调节作用  15-16
    1.3.3 光敏色素与植物的胁迫反应  16
  1.4 PIFs转录因子的结构特征  16-18
    1.4.1 拟南芥和水稻PIF转录因子的结构特征  17-18
    1.4.2 PIF转录因子的表达调控  18
  1.5 PIF转录因子在植物生长发育中的作用  18-21
    1.5.1 拟南芥PIF调控种子萌发  19
    1.5.2 拟南芥PIF参与调节幼苗去黄化  19-20
    1.5.3 PIF参与调节叶绿素的合成  20
    1.5.4 PIF参与调节花期  20
    1.5.5 拟南芥PIF调控细胞分化  20
    1.5.6 拟南芥PIF途径与激素信号途径之间有交叉  20-21
    1.5.7 拟南芥PIFs参与调节生物钟  21
  1.6 水稻光敏色素在生长发育中的作用  21-23
    1.6.1 参与水稻幼苗的脱黄化  22
    1.6.2 光敏色素对叶角的影响  22
    1.6.3 光敏色素与对花期的影响  22-23
  1.7 立题依据  23-24
第二章材料与方法  24-42
  2.1 实验材料  24-27
    2.1.1 植物材料  24
    2.1.2 质粒和菌株  24
    2.1.3 酶和试剂  24
    2.1.4 引物设计合成  24-26
    2.1.5 主要仪器设备  26
    2.1.6 常用培养基和缓冲液  26-27
    2.1.7 气孔观察  27
  2.2 实验方法  27-42
    2.2.1 OsPIL15基因表达组织特异性  27-30
    2.2.2 光敏色素介导的光信号调控OsPIL15基因的表达  30
    2.2.3 OsPIL15基因的光周期调控分析  30-32
    2.2.4 OsPIL15基因的亚细胞定位  32-36
    2.2.5 OsPIL15基因过表达株系的培育及分析  36-37
    2.2.6 OsPIL15基因在水稻生长发育中的作用  37-39
    2.2.7 OsPIL15蛋白质与PHYB蛋白质之间的相互作用  39-42
第三章结果  42-56
  3.1 OsPIL15基因编码蛋白的结构特征  42
  3.2 OsPIL15基因的表达模式分析  42-44
    3.2.1 OsPIL15基因表达的组织特异性  42-43
    3.2.2 光敏色素介导的光信号调控 OsPIL15 基因的表达  43
    3.2.3 光周期和生物钟对 OsPIL15 基因表达的影响  43-44
  3.3 OsPIL15的亚细胞定位  44-45
  3.4 OsPIL15基因在水稻生长发育中的作用  45-54
    3.4.1 OsPIL15基因的过表达转基因植株的培育  45-46
    3.4.2 转OsPIL15基因水稻的PCR鉴定  46
    3.4.3 转基因水稻株系中OsPIL15基因表达水平分析  46-47
    3.4.4 OsPIL15 过表达株系幼苗生长与光照的关系  47-48
    3.4.5 OsPIL15过表达株系对外源 ABA 的应答反应  48-49
    3.4.6 OsPIL15基因对光下苗期表型影响  49-51
    3.4.7 OsPIL15过表达株系的成株表型分析  51-52
    3.4.8 OsPIL15过表达株系中叶绿素含量及叶绿素合成相关基因的表达分析  52-53
    3.4.9 OsPIL15基因过表达与气孔形成的关系  53-54
  3.5 OsPIL15蛋白与PHYB蛋白之间的相互作用  54-56
    3.5.1 构建中间表达载体  54
    3.5.2 构建BiFC载体  54-56
第四章讨论  56-60
  4.1 OsPIL15基因编码蛋白可能与phyB发生相互作用  56
  4.2 OsPIL15基因的表达受多种因素的影响  56-57
  4.3 OsPIL15基因的功能涉及水稻生长发育多种生物学过程  57-60
第五章结论  60-62
参考文献  62-70
致谢  70-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-73

水稻OsPIL15基因的表达模式及其在水稻生长发育中的作用

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