T-DNA转化介导水稻种子休眠特性和基因组结构的变化

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUSHENGWU5
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基于前期研究发现miR164c和miR168a参与水稻种子活力的调控,随后构建了水稻Kasalath的MIM164c、OE164c和MIM168a、OE168a转基因株系,结果发现这些T-DNA突变体及同一T-DNA突变体的不同株系间,其休眠特性和基因组结构也存在差异:1.种子的萌发率检测结果表明,脱水处理能降低种子休眠程度;40℃去休眠处理5 d后种子萌发率进一步提高,但仍有少数种子存在休眠;自然贮藏5个月后,除株系L6-5-2的种子萌发率只有65%外,其他株系的种子萌发率都达到90%以上,但四类突变体及同一突变体的不同株系间种子的休眠特性皆存在差异。2.无论是新鲜种子还是去休眠种子,α-淀粉酶活性和可溶性蛋白含量与其休眠特性呈负相关。3.本研究发现,新鲜种子和去休眠处理的种子中,GA含量都高于ABA含量;且去休眠处理可增加种子中GA含量;GA和ABA含量与休眠特性无明显线性相关,但ABA/GA比值与种子休眠特性呈正相关。4.荧光定量PCR分析结果表明,在MIM164c和OE164c的新鲜种子中,miR164c在休眠程度高的种子中表达量低,但在去休眠处理的种子中表达量无规律;在MIM168a和OE168a的新鲜种子中,miR168a在休眠程度高的种子中表达量也低,在去休眠处理的种子中表达量皆上升。因此推测,miR168a表达与种子休眠程度负相关。5.目的片段的PCR验证分析表明,不同突变体株系外源T-DNA在Kasalath(野生型)染色体上的插入位点各不相同。水稻基因组上插入位点的生物信息学分析表明,L6-5-2(MIM164c)的插入位点在基因Os09g0413700的启动子区域内,该基因与α/β水解酶折叠和表达相关;L18-20-3-1(MIM168a)的插入位点在Os03g0697600的启动子区域内,该基因为潜在的编码蛋白质的基因;LF-2-1(OE168a)的插入位点在Os08g0334900的CDS区域内,该基因与岩藻糖基转移酶和半乳糖苷2-α-L-岩藻糖基转移酶活性相关,参与细胞壁木葡聚糖生物合成过程;其他突变体株系的外源T-DNA皆插入在受体Kasalath的基因间隔区。6.全基因组重测序结果表明,各突变体株系基因组的SNPs突变中碱基转换数量皆多于颠换数量;在c SNP的非同义突变中,突变数量变化最多的都是A(丙氨酸),突变数量变化最少的都是W(色氨酸)。在InDel突变中,各突变体材料的移码缺失突变数皆大于移码插入突变数。各材料特有的SNPs、InDels在12条染色体上呈不均匀分布,且多分布在1,3,4,6和11号染色体上。7.通过UniProt数据库查询到各突变体株系的特有突变基因的分子功能多与ATP结合、蛋白激酶活性和铁离子结合等有关,在同类型突变体的不同株系中,其特有基因的生物学功能有差异。不同突变体株系基因组的差异基因的KEGG主要富集在淀粉和蔗糖的代谢、二萜生物合成等通路;同类型不同株系的差异基因的KEGG富集通路也有差异。综上所述,水稻Kasalath的MIM164c、OE164c、MIM168a和OE168a转基因株系种子及同一类型突变体的不同株系种子的休眠特性皆存在差异;与miR164c相比,miR168a参与调控种子休眠特性的可能性更大;基因组重测序分析显示,不同T-DNA转导获得的各突变体株系和同一T-DNA转导获得的不同株系的基因组皆存在大量的SNPs和InDels等基因组结构的显著差异。以上结果为揭示水稻种子休眠特性的分子机制提供了新的依据和思路。
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