水稻miR529a及其靶基因的功能研究

【摘要】： 水稻是世界上最主要的粮食作物之一,选育高产、多抗、优质的水稻品种一直是水稻育种的目标。水稻的分蘖、每穗粒数和籽粒大小是产量的构成因素,此外环境胁迫也是影响水稻稳产的因素。水稻产量构成因素受到遗传和环境的共同调控,其中包括miRNA、转录因子以及下游靶基因。前人的研究表明SPL(SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE)转录因子可以调控水稻的分蘖、穗型以及籽粒大小等性状,而SPL基因受到包括miR156和miR529a等miRNA的调控。水稻miR529a与miR156的序列具有很高的相似性,之前我们已经预测到miR529a有5个SPL靶基因OsSPL2、OsSPL14、OsSPL16、OsSPL17和 OsSPL18。同时,5个SPL基因也受到miR156的共同调控。之前的研究大多集中在miR156靶向SPL转录因子对水稻生长发育的调控,本实验室通过过表达miR529a(miR529a-OE)也发现miR529a对水稻分蘖和穗型有影响。本研究通过构建miR529a功能沉默型MIMIC载体(miR529a-MIMIC),通过转基因方法获得转基因株系,并且与野生型(WT)和miR529a-OE比较,进行表型分析、生理以及分子水平的研究,以期进一步挖掘miR529a及其SPL靶基因在水稻中的功能,主要研究结果如下:1、在两叶期,miR529a-OE和miR529a-MIMIC的株高都明显低于WT。定量分析发现,miR529a的表达在miR529a-OE中显著增加,而在miR529a-MIMIC中则有所下降,但miR156在miR529a-OE和miR529a-MIMIC中的表达都有下降。在miR529a的靶基因中OsSPL2和OsSPL18的表达在miR529a-OE和miR529a-MIMIC植株中都显著下降;而OsSPL77只在miR529a-OE中显著下降,在miR529a-MIMIC则有一定程度的上升。OsSPL14和OsSPL16的表达在miR529a-OE中有显著下降,而在miR529a-MIMIC中的表达基本与WT持平,但其表达量都较低。以此推测,在苗期OsSPL2,OsSPLZ7和OsSPL18可能主要受到miR529a的调控从而影响苗期的表型,同时还受其他因素的影响。2、miR529a调控水稻分蘖。在分蘖期,miR529a-OE株高显著降低,分蘖增加2-3倍,叶型明显变窄;而miR529a-MIMIC株高却升高,分蘖减少,叶型明显变宽。miR529a在miR529a-OE中的表达是WT中的30倍左右,而在miR529a-MIMIC 中则是 WT 的一半左右。OsSPL2、OsSPL14 和 OsSPL16 在miR529a-OE 和 miR529a-MIMIC 中的表达要低于 WT;而 OsSPL17 和 OsSPL18的表达则要高于WT,推测在分蘖期OsSPL2、OsSPL14和OsSPLZ6可能主要受miR529a的调控从而影响水稻的表型。3、miR529a调控水稻茎秆发育。miR529a-OE植株的茎节长度明显变短,茎秆变细;miR529a-MIMIC植株的茎节长度明显变长,茎秆变粗。miR529a-OE植株茎秆的维管束、韧皮部以及木质部面积明显变小,而miR529a-MIMIC植株茎秆的维管束以及木质部面积明显变大。同时,miR529a-OE的蒸腾速率和气孔导度都显著低于WT,miR529a-MIMIC则显著高于WT;而在胞间二氧化碳浓度上则结果相反。4、miR529a影响水稻穗型以及籽粒大小。miR529a-OE的穗分支数以及每穗粒数明显减少,而miR529a-MIMIC的穗分支数以及每穗粒数明显增多。同时miR529a-OE的籽粒更细更长,miR529a-MIMIC的籽粒则更窄更短,而WT的籽粒是三者中宽度最宽的,也是千粒重最大的。对miR529a的靶基因的表达分析显示,miR529a通过调控OsSPL2,OsSPL7,OsSPL1 和OsSPL17基因的表达影响水稻穗型及籽粒形状。综上所述,在水稻不同的营养生长和生殖生长时期,miR529a通过靶向不同的SPL基因来调控水稻分蘖、株高、茎秆发育、穗型以及籽粒大小等性状。

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019

相关知识

基因编辑技术在水稻抗病基因与育种研究中的应用进展
土壤根瘤农杆菌介导水稻基因转化研究
水稻蓝光受体隐花色素CRY1的功能研究
东北地理所在利用基因编辑调控水稻抽穗期方面取得新进展
基因编辑技术及其在桑树育种中的应用前景展望
科学家利用基因编辑转座子改良水稻性状
芒果生长素反应因子基因MiARF2在子叶切段不定根诱导时的表达及其功能研究
我国观赏花卉品质形成的功能基因研究进展
植物所在花器官身份基因与靶基因间的调控进化研究中取得进展
植物抗冻机理研究新进展:抗冻基因表达及其功能

网址: 水稻miR529a及其靶基因的功能研究 https://www.huajiangbk.com/newsview1375017.html