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水稻OsYDA基因调控气孔发育的功能分析

作　者: 郑国栋
导　师: 杨洪全
学　校: 上海交通大学
专　业: 植物学
关键词: 水稻拟南芥气孔 YDA
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

气孔一般位于植物茎叶等器官的表皮(植物的花瓣和雄蕊不存在气孔结构),是植物特化的表皮结构,由两个特化的表皮细胞即保卫细胞组成的结构,植物通过气孔吸收CO2进行光合作用并有效的防止了水分的过分蒸发,在植物蒸腾过程和与外界气体交换过程中起到重要作用。在光合作用作为作物产量形成的基础生理过程中,气孔起着至关重要的作用。就气孔分布模式来看,单子叶植物如水稻、玉米的气孔成线状与叶脉平行排列,双子叶植物如拟南芥气孔排列没有明显规律;就气孔的分布密度来看,气孔与表皮细胞的比例是受到复杂调控的。从气孔发育过程来看,是表皮原细胞经过一到三次不对称分裂和一次对称分裂发育成气孔,这个过程需要SPCH,MUTE,FAMA等bHLH因子共同作用。并且上述因子在气孔发育过程中都是其正调节作用,在其发育过程中也存在着负调控机制,如丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联反应途径,该反应途径在整个真核生物界是非常保守的,MAPKs在植物中调控了抗病反应、抗非生物胁迫、激素的信号传导和生长发育等许多生理过程。YDA是首先被发现在气孔发育模式形成中发挥作用的MAPKKK(MAPK kinase kinase),居于MAPK途径的上游,在气孔发育中是重要的负调控因子。在yda突变体中,YDA功能缺失会产生过多的气孔;而组成型表达YDA植株气孔将减少甚至没有气孔,去除YDA N端的抑制作用(ΔN-YDA)也会使YDA处于组成型激活状态,也可以完全阻断气孔的产生。本研究克隆了水稻的两个与AtYDA同源的基因,OsYDA1和OsYDA2,并通过在拟南芥和水稻中的过量表达来研究它们的功能。结果表明,过量表达OsYDA1和OsYDA2的转基因拟南芥植株分枝增加,子叶和叶片的气孔系数减少,植株的失水率降低。将OsYDA1和OsYDA2在水稻中过表达,导致水稻叶片的气孔分布发生明显改变。这表明在单子叶植物水稻和双子叶植物拟南芥的YDA在功能上具有保守性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
绪论  9-32
  1 气孔模式建成的内在途径  11-26
    1.1 细胞间通讯调控气孔模式建成  11-18
    1.2 胞间通讯调控气孔模式建成的机制  18-21
    1.3 气孔发育依赖bHLH 转录因子  21-26
  2 外部信号对气孔发育的影响  26-28
  3 单子叶植物中气孔发育相关因子研究现状  28-31
    3.1 FAMA 的功能在水稻和拟南芥之间是保守的  29
    3.2 MUTE、SPCH 的功能在水稻和拟南芥间存在差异  29-31
  4 总结与展望  31-32
材料和方法  32-53
  1 材料  32-34
    1.1 植物品种  32
    1.2 菌株、质粒、试剂盒和化学品  32-33
    1.3 抗生素  33-34
    1.4 常用培养基  34
  2 方法  34-53
    2.1 载体构建  34-35
    2.2 水稻基因RNA 提取及其反转录  35-36
    2.3 PCR 反应  36-37
    2.4 感受态细胞制备  37-39
    2.5 大肠杆菌转化  39-40
    2.6 煮沸法小量提取质粒DNA（大肠杆菌）  40-41
    2.7 农杆菌的转化  41-42
    2.8 拟南芥菜的种植和转化  42-44
    2.9 转化拟南芥的筛选  44-45
    2.10 拟南芥基因组DNA 的提取  45
    2.11 水稻的转化与种植  45-50
    2.12 LUC 活性的测定  50
    2.13 干涉相差显微镜和Confocal 荧光共聚焦显微镜  50
    2.14 气孔系数的统计方法  50-51
    2.15 抗旱及失水实验  51
    2.16 纤维素酶消化的方法剥取水稻叶片表皮  51-53
结果  53-65
  1 OsYDA 与AtYDA 同源性分析  53-54
  2 OsYDA 在拟南芥中的功能研究  54-63
    2.1 过量表达OsYDA1 和OsYDA2 的转基因拟南芥植株的构建和鉴定  54-56
    2.2 过量表达OsYDA1 和OsYDA2 的转基因拟南芥植株的表型分析  56-57
    2.3 OsYDA1、OsYDA2 在拟南芥中的过量表达导致气孔系数的降低  57-59
    2.4 诱导表达ΔN-OsYDA1 和ΔN-OsYDA2 载体的构建及转基因拟南芥植株的鉴定  59-60
    2.5 ΔN-OsYDA1 和ΔN-OsYDA2 在拟南芥中的过量表达导致气孔系数的降低  60-62
    2.6 OsYDA 在拟南芥中的过量表达导致失水率降低  62-63
  3 OsYDA 在水稻中的功能研究  63-65
    3.1 过量表达OsYDA1 和OsYDA2 的转基因水稻的鉴定  63
    3.2 过量表达OsYDA1 和OsYDA2 的转基因水稻的分析  63-65
结论  65-66
缩写  66-68
附录  68-80
  附录Ⅰ、引物序列  68
  附录Ⅱ、同源序列比对分析  68-78
    附录Ⅱ-1、AtYDA 与OsYDA1 和OSYDA2 的氨基酸同源比对  68-71
    附录Ⅱ-2、AtYDA 与OsYDA1 和OSYDA2 的核苷酸同源比对  71-78
  附录Ⅲ 质粒图谱  78-80
    附录 III-1、pBluescript SK(+/-) 质粒图谱  78-79
    附录Ⅲ-2、pHB 质粒图谱  79-80
参考文献  80-86
致谢  86-89
上海交通大学学位论文答辩决议书  89

水稻OsYDA基因调控气孔发育的功能分析

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