一个水稻高叶绿素基因(OsDET1)的功能鉴定与分析

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叶绿素是植物进行光合作用的物质基础,通过提高叶绿素含量来提高光合作用速率可以提高作物产量,从而实现作物超高产目标。本实验室得到一个水稻高叶绿素自然突变体材料,经遗传分析,高叶绿素性状由显性单基因控制。到目前为止,在国内外还没有相关水稻高叶绿素突变体性状的报道。因而对控制该性状的高叶绿素基因进行克隆和功能研究,对水稻高叶绿素基因分子机理的阐述具有重要理论价值;同时对高叶绿素基因的功能研究,对发现潜在的功能,实现水稻的优质高产具有重大的现实意义。本论文以OsDET1为候选基因,对该基因的表达量进行研究分析,构建了一系列表达载体并转化烟草和水稻以实现对OsDET1基因的功能验证。以下是论文的主要结论:  (1)OsDET1基因的表达量分析  利用荧光实时定量RT-PCR(real-timequantitiveRT-PCR),以水稻野生型(珍汕97B)为对照,对OsDET1基因在不同组织器官进行相对定量分析,发现OsDET1在根、叶鞘、叶片中,其野生型和突变体的表达水平不一致,在叶片和叶鞘中,与野生型相比,OsDET1基因在突变体中的表达量增加了大约一倍,而在根中,与野生型相比,其OsDET1在突变体的表达量并没有差别。  (2)OsDET1在水稻及烟草中的超表达研究  在实验室前期构建的两个表达载体pCAMBIA1301-OsDET1、pCUPHN-OsDET1的基础上,将这两个表达载体分别转化对烟草和水稻,经过PCR检测,最终得到一批转基因阳性水稻和烟草植株。  利用半定量PCR(semi-quantitativePCR)对OsDET1基因进行表达量分析,分析结果发现:与野生型相比,转基因水稻植株叶中OsDET1基因的表达量明显提高,提高了2.7倍;测定转基因水稻叶片叶绿素含量,结果证明:与野生型相比,转基因水稻植株的叶绿素a、b含量分别提高了60%和59%。  (3)OsDET1基因干扰载体的构建及对水稻的遗传转化  本章构建了两个干扰载体:一个全长干扰载体和部分干扰载体。将干扰载体转化水稻愈伤,通过PCR和GUS检测,最终证明干扰载体成功转入水稻愈伤,对转基因植株进行OsDET1基因的表达量分析,发现与野生型相比,干扰植株的OsDET1基因的表达量并没有差别。  (4)OsDET1基因的亚细胞定位  通过农杆菌介导法将OsDET1-GFP重组质粒导入洋葱表皮细胞进行瞬时表达,在荧光显微镜下观察,亚细胞定位结果表明OsDET1基因所表达的蛋白位于细胞核内。  (5)OsDET1基因的启动子序列分析  通过生物信息学软件对野生型OsDET1的启动子进行序列分析,对启动子重要顺式作用元件的预测可以得出,该启动子除了含有最基本的核心元件外,在启动子的保守区域含有大量与光反应相关的元件,说明OsDET1基因是与光调节诱导有关。除此之外,还含有几个未知功能的顺式作用元件,说明该启动子序列含有潜在的研究价值。
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