水稻黄化早抽穗突变体hz1的基因鉴定及功能分析

【目的】水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源。【方法】通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化。【结果】田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗43 d和26 d,表明hz1是一个光周期不敏感的突变体。同时hz1表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降。遗传分析表明hz1由隐性单基因控制,F2混池高通量测序将目的基因定位于水稻第6染色体上17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080与hz1目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080为已知的SE5基因,编码血红素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO1)。HZ1/SE5在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达。亚细胞定位发现HZ1/SE5蛋白定位于叶绿体中。表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化。【结论】黄化早抽穗突变体hz1由于血红素加氧酶编码基因SE5突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化。

水稻染色质重塑因子OsSWIB1的表达分析及其突变体的创建

SWI/SNF家族是ATP依赖的染色质重塑复合物,对基因的表达调控具有重要作用.为了探究水稻中染色质重塑因子OsSWIB1的功能,对OsSWIB1基因表达模式进行分析.结果表明:OsSWIB1在水稻的叶、叶鞘及穗中表达量较高,而在茎、茎顶端分生组织及根中表达量较低;在水稻不同的生长发育时期,除在苗期表达量较低外,OsSWIB1在分蘖期、孕穗期、抽穗期及灌浆期均有较高表达.此外,OsSWIB1在短日照条件下的表达明显高于在长日照条件下的表达.利用CRISPR-Cas9技术对OsSWIB1基因进行靶向编辑,共获得20株T0代转基因植株,通过测序分析,鉴定出3个纯合编辑的突变体.对1个杂合编辑突变体的后代进行分离,获得了1个缺失200 bp的纯合突变体.

水稻甲基转移酶家族成员OsMT1突变体的创建及功能分析

为了探究SABATH甲基转移酶家族成员在水稻中的功能,以粳稻品种中花11为实验材料,采用CRISPR-Cas9基因编辑技术对该家族成员OsMT1进行基因编辑,通过测序分析获得了5种编辑类型的突变体,包括3种纯合编辑突变体和2种杂合编辑突变体.分别用50、100和150 mmol/L的NaCl溶液对获得的OsMT1纯合突变体进行盐胁迫处理实验,结果表明,OsMT1突变体的苗长及根长明显长于野生型的苗长及根长,说明OsMT1突变体降低了水稻对盐胁迫的敏感性,增强了水稻对盐胁迫的抗性.

水稻中5个FT-Like家族成员的基因编辑突变体的创建与分析

为了揭示水稻中FT-like亚家族成员的生物学功能,采用CRISPR/Cas9技术对其中的OsFTL4、OsFTL5、OsFTL6、OsFTL7和OsFTL11进行基因编辑.在5个基因的编码区各选择1个靶点构建1个融合的sgRNA表达框,将表达框装载到CRISPR/Cas9表达载体中,通过农杆菌介导的遗传转化法侵染水稻品种中花11的愈伤组织,得到转基因植株.利用靶点区域的特异性引物进行测序分析,得到3种不同类型的突变,分别为osftl4osftl5osflt6三突变体、osftl4osftl5osflt6osftl11四突变体和osftl4osftl5osflt6osftl7osftl11五突变体.这些突变均导致目标基因序列发生移码突变,进而影响氨基酸序列.观察突变体表型,发现3种类型的突变体均出现了叶片早衰的表型.

水稻赤霉素类受体基因OsGRL1调控水稻穗外露及籽粒大小的功能分析

穗的外露(穗颈长度)对水稻的产量有重要影响.穗颈过短,会造成包颈穗,影响水稻的结实率;穗颈过长,容易造成倒伏或穗颈折断,从而影响水稻的生产和产量.赤霉素(gibberellin,GA)在植物茎的伸长调控中起着重要作用.本研究对水稻赤霉素类受体家族基因OsGRL1(Gibberellin receptor like 1)的功能进行了探究,发现该基因在水稻穗颈长度和产量性状方面具有重要的调控作用.表达分析表明,OsGRL1在茎、叶鞘及茎顶端组织中高表达,不受外源GA的诱导.亚细胞定位分析表明,与已知的水稻GA受体蛋白OsGID1定位于细胞核中不同,OsGRL1蛋白定位在细胞膜上,且不随外源GA的诱导而改变.与野生型相比,OsGRL1敲除突变体表现出穗颈伸长、籽粒变小和千粒重降低的表型,而过表达转基因株系穗颈缩短、籽粒变大且千粒重增加.进一步研究发现,OsGRL1基因突变使GA信号转导通路中抑制基因SLR1的表达下调,提高了突变体对GA敏感性.因此,OsGRL1通过调控GA信号转导通路基因的表达而调节水稻穗颈伸长和产量,在育种中具有潜在的应用价值.