水稻卷葉突變體zw235的基因克隆與功能分析.pdf

1、葉片是植物光合作用的主要場(chǎng)所，優(yōu)良的葉片形態(tài)有利于塑造理想株型，提高光合效率。植物葉片立體結(jié)構(gòu)對(duì)光合作用的發(fā)揮至關(guān)重要，包括光合作用的光吸收、CO2固定和氣體交換等過(guò)程。適宜的葉型是超級(jí)稻一個(gè)重要的理想株型特征。葉片微卷可以使葉片保持直立，有助于增加透光率和光飽和點(diǎn)，且不影響光補(bǔ)償點(diǎn)，植株整體的光合作用效率得到提高。另外，適當(dāng)?shù)娜~片卷曲能夠減少太陽(yáng)對(duì)葉片的輻射，降低葉片損傷，減弱缺水條件下葉片的蒸騰作用，減少植株體內(nèi)水分流失，提高植株的

2、抗逆性，增加光合產(chǎn)物積累，有助于提高作物產(chǎn)量。因此，改良葉片形態(tài)一直是育種學(xué)家所關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　為了研究葉片形態(tài)建成的分子機(jī)制，從水稻T-DNA突變體庫(kù)中篩選到1個(gè)葉片卷曲的突變體zw235，突變體zw235植株與野生型相比，其株型緊湊，葉片挺直，葉片兩邊緣向內(nèi)卷曲，且伴有矮桿，葉色淺綠等特征，其葉片葉綠素含量與光合效率均顯著低于野生型。水稻葉片石蠟切片觀察，發(fā)現(xiàn)突變體zw235葉片中突變體泡狀細(xì)胞數(shù)量和面積均變小。遺傳分析表明

3、，zw235的突變性狀由一對(duì)隱性核基因控制。通過(guò)構(gòu)建F2定位群體，運(yùn)用圖位克隆技術(shù)，將基因（ZW235）精細(xì)定位到5號(hào)染色體上一個(gè)長(zhǎng)約23.5 kb的區(qū)間內(nèi)，對(duì)候選基因的測(cè)序發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)基因的CDS序列中發(fā)生單堿基突變，導(dǎo)致基因（ZW235）表達(dá)提前終止，功能缺失。通過(guò)突變基因ZW235的互補(bǔ)驗(yàn)證與CRISPR-Cas9驗(yàn)證，證明植株葉片正卷的表型確實(shí)由ZW235功能缺失導(dǎo)致。構(gòu)建ZW235-GFP融合蛋白載體并進(jìn)行水稻原生質(zhì)體亞細(xì)胞定

4、位表明ZW235為核定位蛋白。根據(jù)突變基因酵母雙雜交和單雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)查證，初步得出突變基因ZW235通過(guò)與KNOX家族Ⅰ類基因OSH6與OSH71表達(dá)蛋白互作，并結(jié)合YAB1基因啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合元件，抑制基因YAB1的表達(dá)，進(jìn)而使葉片中泡狀細(xì)胞數(shù)量和面積發(fā)生變化，導(dǎo)致突變體葉片卷曲。
　　本研究明確了突變體zw235的表型特征及遺傳規(guī)律，分離并驗(yàn)證了突變基因ZW235，初步闡釋了該基因的功能，為進(jìn)一步研究水稻葉片發(fā)育與獲得