水稻LEC1基因与Sdr4-OsDOG1-like协同调控种子活力及耐贮藏的研究

作     者：何东 

作者单位：四川轻化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏丕伟;许德富

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：水稻 OsLEC1 Sdr4 OsDOG1-like 种子活力 

摘      要：水稻是人类最重要的粮食作物之一,也是食品工业中的重要原料。稻谷在贮藏过程中因品质陈化、霉变和活力下降等对经济造成巨大的损失,对食品安全造成巨大的威胁。高活力的种子不仅在种植时具有高萌发率和整齐度,还具有更强的耐贮藏能力。休眠是影响种子活力及耐贮藏的重要因素,弱休眠的种子易胎萌或穗发芽,导致种子活力降低,易发霉且不耐贮藏。LEC1基因是调控种子发育的核心因子,参与调节从胚胎发育到成熟的各个时期,但它对水稻种子活力的作用仍不清楚。Sdr4是休眠的正调控因子,受OsVP1的正调控,并可能部分通过OsDOG1-like基因调控休眠。本文以粳型水稻日本晴和籼型水稻Kasalath为背景材料,使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对OsLEC1、Sdr4和OsDOG1-like基因定点敲除,探究其对种子活力及耐贮藏的影响,主要结果如下:(1)日本晴和Kitaake背景的oslec1突变体具有纯合致死效应,在杂合体上观察到部分种子具有异常胚胎表型。在Kasalath背景中,筛选得到oslec1纯合突变植株且种子胚胎没有观察到异常表型。与Kasalath野生型比较,oslec1纯合突变体种子活力发生明显降低,出现萌发异常及幼苗生长迟缓等现象。添加外源营养MS培养基能部分挽救oslec1突变体的生长迟缓表型。(2)转录组分析表明,在oslec1突变体异常幼苗中,B3转录因子OsVP1、茉莉酸合成相关基因OsLOX1和OsPME1、赤霉素降解基因OsGA2ox3、WRKY转录因子OsWRKY24和OsWRKY70表达上调,生长素合成基因OsYUC9下调。表明在oslec1突变体中,幼苗的异常表型可能是由于ABA、JA、GA、生长素等多种植物激素的信号途径变化造成的。(3)sdr4-2突变体种子胚胎变大,部分种子具有绿色胚胎的表型,研究发现,绿胚种子无休眠,不耐干燥,在幼苗期生长停滞后死亡。对sdr4突变体种子活力的检测结果显示,新鲜收获的sdr4突变体种子活力较高,贮藏8个月后,二者的种子活力均较高。对sdr4突变体营养物质的检测结果显示,sdr4-2突变体非绿胚种子的淀粉粒呈典型晶体结构的多面体形状,棱角明显;sdr4-2突变体种子的千粒重和蛋白含量与Kasalath野生型无明显差异。贮藏8个月后,sdr4-2突变体与Kasalath野生型种子的千粒重略有降低,蛋白含量无明显变化。(4)对日本晴背景的osdog1l突变体进行鉴定和表型分析,未发现明显差异,推测可能是基因功能的冗余所造成,已通过杂交构建并鉴定得到OsDOG1L双突,为进一步研究OsDOG1L基因对种子活力及耐贮藏提供材料。