水稻寡分蘖突变体近等基因系的构建及全基因组表达谱分析

水稻寡分蘖突变体近等基因系的构建及全基因组表达谱分析

生物化学与分子生物学王颖姮指导教师：李平教授分蘖通过影响水稻的穗数而成为影响单产的重要农艺性状之一；分蘖又是单子叶植物的一种特殊的分枝现象，水稻是世界上超过半数的人口的主食，对水稻分蘖的研究具有重要的应用价值和发育生物学意义。水稻分蘖的分子生物学机理研究己经取得突破性的进展，但对分蘖的信号传导途径等方面仍然知之甚少，还需要大量深入研究和证实, 探索控制水稻分蘖的分子机理将有助于生产上遗传调控分蘖并促进植物分枝的分子机理研究。本研究构建了水稻寡分蘖突变体和02428的近等基因系，从细胞学水平上观察了它们的侧芽分生组织，并利用基因芯片技术对寡分蘖植株和正常植株进行了基因表达谱分析，获得到了以下主要研究结果：

1. 从籼粳交（02428/圭630）花培后代中分离鉴定出一份寡分蘖突变体G069，并以02428作为轮回亲本进行连续回交和自交，建立了寡分蘖性状与02428的近等基因系02428-ft1。与02428相比，02428-ft1表现出最高分蘖少、分蘖速度慢、苗期和分蘖期叶尖黄化但后期逐渐恢复正常、成穗率高、穗顶部有颖花退化现象、再生能力强、植株矮化等特征。

2. 通过制作石蜡切片进行细胞学观察，发现突变体中，侧芽分生组织比正常植株的数量少，外观上也比正常植株的小；突变体侧芽分生组织的发生减少，且产生的速度较慢，因此，Ft1基因部分抑制了水稻侧芽分生组织的起始。

3. 利用Rice 57K GeneChip（Affymetrix）寡核苷酸芯片从全基因组水平上对02428-ft1和02428的基因表达谱进行比较分析，发现了136个差异表达基因， 02428-ft1上升表达的基因有61个，下降表达的基因有75个。其中，仅在02428-ft1中表达（激活）的基因有27个，仅在02428中表达（沉默）的基因有30个。

4. 利用Affymetrix的在线分析系统NETAFFX，以及NCBI和TIGR，对差异表达基因进行了基因功能注释。这些差异表达基因涉及的功能范围较广，包括转录因子、激酶、功能蛋白、运输蛋白、调节蛋白等，但还有一部分功能未知。其中，LOB基因、含F-box结构域的基因、NAM基因等都是已知与侧枝形成相关的基因，另外还有叶绿体基因和线粒体基因组分别发生了下调和上升表达，显示了水稻分蘖是由多基因控制的复杂的生命活动。

5. 利用PLEXDB中的GO对差异表达基因进行分子功能、生物过程和细胞结构三个层

次上的功能划分。分子功能方面，变化最多的是具有催化活性和具有结合功能的基因，这些基因都与生物反应密切相关，少量的变化就能极大地改变生物反应；生物过程发生了复杂的变化，变化最大的是参与细胞生理过程和与细胞生长和维持、新陈代谢相关的基因，还有部分调节生理过程的基因、应激反应基因发生了改变；细胞成分方面，主要是与细胞内细胞质相关的基因发生了改变。

关键词：水稻寡分蘖近等基因系基因表达谱分析基因芯片