基于CRISPR/Cas9技术的水稻miR1866突变体构建

microRNA(miRNA)是长度为18~25个碱基的非编码单链RNA,在植物生长发育过程中起着重要的调节作用。水稻是世界上重要的粮食作物之一,近年来调控水稻生长发育的miRNA不断被发掘,但目前关于miR1866的研究还比较少。本研究通过构建miR1866的CRISPR/Cas9表达载体,创制miR1866的突变体,挖掘水稻miR1866的功能。依据CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计了miR1866的突变靶点,通过人工合成的方法得到包含突变靶点的特异序列,经过磷酸化修饰和退火后与载体Sg RNA连接进而与Cas9重组得到miR1866的CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,获得转基因植株,结合测序结果判断转基因植株突变单株的突变基因型。本研究比较了野生型和突变体(KO1866-1-2和KO1866-2-4)在相同培养条件下苗期的根长、株高、茎基粗、鲜重和干重,结果表明:在营养液培养条件下,突变体的株高、根长、茎基粗、鲜重和干重均显著低于野生型。据此推测,miR1866对水稻的生长发育有一定的调节作用。本研究利用CRISPR/Cas9创制水稻miR1866的突变体,对研究miRNA调控途径,完善水稻miRNA调控的分子机制具有重要的意义。     

水稻简易RNAi载体构建及沉默效果鉴定

RNA干扰(RNAi)技术是研究基因功能的一种常用方法,为了快捷高效地构建水稻(简易RNAi表达载体,本研究采用简易RNAi构建法,设计3'末端9个碱基互补的正向和反向寡聚核苷酸引物,通过聚合酶延伸成为具有反向重复序列的小干扰片段。以pCAMBIA1301-Gt13a为表达载体,将小干扰片段与表达载体经过一次双酶切与连接得到RNAi载体。用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法得到水稻(Oryza sativa ssp.japonica)转基因株系后,用叶片GUS染色和qRT-PCR法,对RNAi转基因水稻和野生型日本晴叶片GUS组织活性和籽粒中目的基因表达量进行检测。水稻叶片GUS染色结果显示,有10株转基因水稻叶片切口处呈现蓝色,而野生型无显色反应,说明RNAi载体T-DNA区域的基因已整合到水稻基因组上,并表达。在mRNA水平上转基因水稻籽粒中目的基因相对表达量降低至18%~55%,差异极显著(P0.01),表明整合在水稻基因组上的小干扰片段能降低目的基因的表达水平。籽粒灌浆成熟后对10株转基因水稻及野生型日本晴籽粒的单粒重、粒长、粒宽和厚度分别进行测量。与野生型日本晴相比,转基因水稻籽粒单粒重发生显著性降低(P0.05),籽粒变小,长和宽都发生显著性变化(P0.05),说明简易RNAi载体对水稻目的基因的表达起到很好的沉默效果。本研究不仅为利用简易RNAi构建法研究水稻功能提供了依据,也为快捷高效地研究水稻基因功能提供了基础资料。     

大穗型水稻弱势子粒灌浆的复配化学调控剂筛选

采用大田试验,以大穗型水稻品种新丰2号为试验材料,研究了抽穗期喷施不同的复配化学调控剂对水稻弱势子粒灌浆的影响.结果表明,复配化学调控剂Ⅳ和V处理对结实率、千粒重、产量和灌浆速率均有促进作用,特别是弱势粒,分别使弱势粒的千粒重比喷施清水提高了17.48％,16.38％,达到了显著水平.复配化学调控剂Ⅳ和V主要是通过提高灌浆期可溶性糖含量、穗颈节间伤流强度,进而增加弱势子粒的库容活性和同化速率,提高弱势子粒的千粒重和灌浆速率.     

灌浆充实调节剂对大穗型水稻弱势籽粒灌浆的调控效应

为探究2种灌浆充实调节剂对大穗型水稻品种弱势籽粒灌浆充实的影响及其作用机制,采用大田试验,以大穗型水稻品种交源优216为试验材料,研究了抽穗开花期喷施灌浆充实调节剂(禾立丰和新美洲星)对水稻弱势籽粒灌浆充实、内源激素含量、灌浆充实相关miRNA及其靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因表达量的影响。结果表明,2种灌浆充实调节剂禾立丰和新美洲星显著提高了交源优216的产量、弱势籽粒千粒质量、灌浆速率及灌浆起始势,弱势籽粒千粒质量与对照(清水处理)相比分别提高了16.07%和15.89%;且弱势籽粒中IAA含量在花后9,15,21 d显著增加,Z+ZR含量在花后9,21 d显著增加。禾立丰处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j和miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白的基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;而正调控籽粒灌浆充实的类萌发素蛋白基因OsGLP3在花后6 d显著上调,蔗糖-淀粉代谢关键酶基因在花后6,12 d显著上调。新美洲星处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR1...     

盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。     

化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关miRNA表达的影响

【目的】探究化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关miRNA表达的影响。【方法】采用大田试验，以大穗型杂交稻交源优216为试验材料，测定了喷施ABA和复配化学调控剂后水稻籽粒灌浆充实、激素含量、miRNA及靶基因表达量。【结果】ABA和复配剂处理显著增加了水稻籽粒、尤其是弱势籽粒灌浆期间的起始灌浆势、最大及平均灌浆速率，进而增加千粒质量和提高水稻产量；ABA和复配剂处理显著增加了灌浆中前期强弱势籽粒中IAA、Z+ZR和ABA的含量，同时显著抑制强弱势籽粒花后10 d和弱势籽粒中花后10和20 d miR167和miR1432的表达量，促进相应靶基因的表达；进一步相关分析结果表明，灌浆速率和籽粒中IAA和ABA的含量呈极显著正相关关系，而与miR167和miR1432的相对表达量呈显著负相关关系。【结论】ABA和复配剂可能是抑制籽粒灌浆中前期miR167、miR1432的表达，促进其下游靶基因的表达，进而增加籽粒中IAA、Z+ZR和ABA含量，促进灌浆速率的提高和千粒质量及产量的增加。