水稻和玉米多肽激素基因CEP家族的鉴定及功能分析

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植物多肽激素是一类经剪切后形成具有特殊功能的、成熟的多肽,长度一般为20个氨基酸左右,介导植物细胞间信号转导,并广泛参与调控植物生长发育。目前植物中多肽激素家族主要有CLE基因家族、RGF基因家族、ERF基因家族和CEP基因家族等。本论文以粮食作物水稻和玉米为研究对象,在全基因组水平上对CEP多肽激素家族基因进行鉴定,在此基础上,对同源的水稻OsCEP6.1和玉米ZmCEP1基因功能进行了转基因功能分析,以期为进一步探讨CEP多肽激素与作物生长发育的关系提供参考依据。获得的主要研究结果如下:1.在水稻基因组中共鉴定出15个CEP多肽激素基因,定位于水稻的6条染色体上。同源进化分析结果显示,水稻CEP家族基因可以分为2个群,且这两个群的CEP结构域的C-末端都存在相对保守的蛋白序列(SPGV/IGH/N)。利用Rice qTeller数据库对其进行电子表达模式谱分析发现,OsCEP5和OsCEP6.1在水稻的花序分生组织中表达量显著高于其他基因。2.采用实时定量PCR的方法对OsCEP6.1基因的表达模式进行了分析,发现OsCEP6.1具有明显的时空表达特异性,且能够受到外源细胞分裂素诱导上调表达。外源施加人工合成的OsCEP6.1能够显著地抑制初生根和幼苗的生长。另外,我们还获得了OsCEP6.1基因的超表达转基因水稻纯系,对其表型分析结果显示,OsCEP6.1基因水稻超表达株系的株高、分蘖数目、剑叶长度、穗长、一级及二级枝梗数目、粒长、粒宽及千粒重等性状较野生型均显著降低。研究还发现,转基因株系的表型变异是由于细胞变小造成的,而细胞数目并没有发生显著改变。3.在玉米基因组中鉴定出12个CEP多肽激素基因,定位于玉米的8条染色体上。同源进化分析结果显示,玉米CEP家族基因可以分为2个群。利用Maize qTeller数据库对其电子表达模式进行分析发现,在玉米雌穗和雄穗的花序分生组织中,ZmCEPl表达量显著高于其他基因。4.采用实时定量PCR的方法对ZmCEPl的表达模式进行分析,发现ZmCEPl在玉米发育的雌穗和发育的雄穗中表达量较高,能够受到外源细胞分裂素诱导上调表达。原位杂交的结果显示,ZmCEPl主要在玉米雌穗穗轴维管束和未发育完全的小花中表达。获得了ZmCEPl基因的拟南芥和玉米超表达转基因株系,并进行了表型分析,发现超表达ZmCEPl的拟南芥植株表现出初生根变短和植株变小的表型。玉米超表达ZmCEPl株系的株高、穗位高、穗长、穗粗、行粒数、粒长和百粒重也较野生型均显著降低,但是穗行数没有显著差异。
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