水稻高温敏感叶片白化基因OsHCD1的图位克隆

作     者：陈艳艳 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘刚

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：水稻 叶片白化 高温敏感 OsHCD1 PPR蛋白 RNA编辑 RNA剪接 

摘      要：叶片是植物最主要的源器官,叶绿体是进行光合作用的场所,一旦其生长发育受阻将直接影响植株生长发育,进而导致产量与品质的下降。本课题组前期利用EMS诱变常规粳稻秀水134,从突变体库中筛选获得高温敏感的叶片白化突变体oshcd1(Oryza sativa high-temperature-sensitive chlorophyll-deficient 1)。本研究将以oshcd1为材料,从分子、细胞及生理角度阐明其叶片白化的原因,为探明植物叶绿体发育的分子机理及水稻叶色分子育种奠定理论基础。主要结果如下:1.大田条件下,oshcd1叶片白化表型始于2叶1心的心叶,表现为除叶尖部分外,其他部位均为白化症状,而且该症状随环境温度升高而加重。进一步对突变体oshcd1及其野生型对照进行人工24℃和36℃恒温培养,结果表明24℃条件下两者无明显差异,而高温36℃胁迫下,突变体表型则始于1叶1心期。2.光合色素结果表明,与野生型对照的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及总叶绿素含量相比,24℃下突变体均无明显差异,而36℃高温胁迫下则极显著下降,分别仅有对照的8.74%、12.13%、12.13%和9.54%。进一步利用透射电镜观察叶肉细胞,结果表明,与野生型对照相比,24℃下突变体叶绿体数量及结构均无明显差异,而36℃高温胁迫下突变体的叶绿体数量不仅急剧减少,而且叶绿体发育不完全,表现为基粒片层少。3.遗传分析表明,突变体oshcd1性状受一对单隐性核基因控制。以oshcd1/93-11的F隐性单株为定位群体,利用图位克隆技术将OsHCD1基因精细定位于水稻第7染色体短臂的RM21183和RM21214之间的668kb内,经全基因组测序发现一个编码P型PPR蛋白基因LOC＿Os07g11280的第3个外显子第251个碱基G突变为A,导致氨基酸残基由半胱氨酸突变为酪氨酸;利用d CAPS标记确证oshcd1突变位点与性状共分离。进一步利用遗传互补及基因敲除实验证实LOC＿Os07g11280就是OsHCD1。4.qRT-PCR分析表明,高温胁迫下OsHCD1基因呈先诱导后抑制的表达模式;同时,水稻原生质体的亚细胞定位结果表明,OsHCD1定位于叶绿体及细胞质膜。5.RT-PCR并结合其产物测序结果证实,与野生型对照相比,高温胁迫将导致突变体中的pet B、rps12和rps16的前体RNA不发生剪切,而rrn23s仅发生部分剪切;而突变体中atp A的第1148位碱基及rpo C2的第2774位碱基的编辑明显减少,而rpo B的第545位和560位碱基的编辑则明显增多。6.RNA-seq结果表明,高温胁迫下,突变体oshcd1中光合作用相关基因显著下调,GO富集与KEGG通路亦验证了此结果。