【摘 要】
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水稻是世界上重要的粮食作物,也是我国最主要的粮食作物之一。生产上,水稻受水土资源的约束最强,干旱已成为制约我国水稻持续增产的主要因素。因此,提高水稻抗旱能力已经成为育种工作急需解决的关键问题之一。作物抗干旱等非生物胁迫研究是植物研究领域最具挑战性的工作之一,挖掘水稻参与干旱胁迫响应的重要基因,进而明确水稻干旱响应的分子机制,从而提升水稻干旱耐受性,培育水稻抗旱新品种具有重要的意义。目前关于水稻干旱
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水稻是世界上重要的粮食作物,也是我国最主要的粮食作物之一。生产上,水稻受水土资源的约束最强,干旱已成为制约我国水稻持续增产的主要因素。因此,提高水稻抗旱能力已经成为育种工作急需解决的关键问题之一。作物抗干旱等非生物胁迫研究是植物研究领域最具挑战性的工作之一,挖掘水稻参与干旱胁迫响应的重要基因,进而明确水稻干旱响应的分子机制,从而提升水稻干旱耐受性,培育水稻抗旱新品种具有重要的意义。目前关于水稻干旱胁迫响应的研究主要集中在相关蛋白编码基因,如转录因子及其调控机制上。关于miRNA是怎样参与到水稻干旱胁迫调控中的研究还比较少。前人的大量研究表明miRNA作为一类特殊的RNA分子,在植物应答生物和非生物胁迫过程中起到了关键的作用。其中已有文献及数据库提示OsMIR1423可能响应干旱、高盐等非生物胁迫,还可能与植物抗病有关。本论文研究基于CRISPR-Cas12a基因组编辑系统,构建了OsMIR1423基因的定向敲除突变载体,并成功地通过农杆菌介导的水稻遗传转化获得了再生突变植株。然后鉴定筛选了三种不同基因型的阴性纯合突变体株系,并对其进行了农艺性状分析、逆境胁迫分析及转录组测序分析等研究,初步探究了OsMIR1423在干旱胁迫响应中的功能,为深入解析其分子机制提供了研究基础。本研究的主要结果如下:1.针对OsMIR1423设计并构建了基于CRISPR-Cas12a的定向敲除载体p LQ01。利用农杆菌介导的遗传转化方法,获得了17株再生植株,并进一步鉴定筛选到14株osmir1423突变植株。通过基因型鉴定挑选三个不同基因型株系进行T1及后续世代的纯合突变体筛选,成功创制了OsMIR1423功能缺失的突变体材料。2.对获得的osmir1423敲除突变体进行重要农艺性状和品质性状的考察,结果表明:与日本晴野生型相比,osmir1423突变体的每穗粒数、结实率和千粒重无显著性差异;粒长无显著性差异;粒宽和粒厚均较野生型显著降低。同时,osmir1423突变体垩白粒率显著升高,且淀粉颗粒结构与野生型相比有明显的差异,直链淀粉含量显著增加,但籽粒的总淀粉含量不变。3.对osmir1423突变体进行苗期干旱胁迫处理,结果显示干旱胁迫8天的osmir1423突变体幼苗较日本晴野生型有较好的耐旱表现,复水后,突变体恢复生长的速度和状况均显著优于野生型。对干旱胁迫下突变体与野生型的叶绿素a/叶绿素b含量比值进行检测,结果显示,干旱胁迫下osmir1423突变体的叶绿素a和叶绿素b含量下降百分比都显著低于野生型,叶绿素a/叶绿素b含量比值高于野生型,表现出较好的抗旱性。4.对osmir1423突变体进行RNA测序分析发现:相较于日本晴野生型,osmir1423突变体有56个基因表达上调,10个基因表达下调。对差异表达基因进行GO富集发现,其中有4个与水稻抗旱相关的基因表达上调,分别是LOC＿Os10g39170、LOC＿Os02g47810、LOC＿Os02g50040、LOC＿Os01g23239。除此之外,还有3个与生物或非生物胁迫响应相关的基因表达上调,5个表达下调。这对于后续研究OsMIR1423的胁迫响应机制提供了参考。
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