玉米SDG108基因的克隆及其功能分析

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表观遗传学是指不通过DNA序列的介导而发生稳定的、可遗传的变化。真核生物在发育过程中的每个阶段都有表观遗传调控的参与。研究发现染色质修饰因子与其他表观因子之间的联系较为密切,在染色质状态调节中起着至关重要的作用,从而影响基因表达,DNA修复和重组等过程。
  在玉米中,我们克隆了SDG108这一基因,该基因可能与玉米的花期相关,玉米SDG108在水稻中的同源基因为SDG701,已有实验证明SDG701对水稻孢子体生长发育和配子传递的正常进行非常重要,且无论日照长短,过表达SDG701都能促进水稻提前开花,而突变体SDG701表现出晚花性状。SDG108在拟南芥里的同源基因为SDG2,且已有实验证明SDG2是影响拟南芥可育性和叶片大小的关键因素。
  本试验克隆了全长为6789bp的玉米SDG108基因,该基因编码2262个氨基酸,以玉米B73及哥伦比亚野生型拟南芥作为试验材料,利用超声波介导法将玉米SDG108基因敲除载体转入至玉米中进行基因敲除,同时采用浸花法将重组质粒基因转入到拟南芥野生型内进行过表达,通过除草剂鉴定、试纸条鉴定及分子鉴定对抗性植株进行筛选,分别获得阳性玉米植株以及阳性拟南芥植株,通过对转基因玉米及转基因拟南芥后代性状的调查记录和检测来验证SDG108基因的功能。主要研究结果如下:
  1、克隆得到了玉米SDG108基因,根据SDG108基因成功构建了拟南芥pCambia3301-SDG108过表达载体和玉米CRISPR/Cas9敲除载体。
  2、经鉴定,共计筛选出了7株阳性拟南芥植株。对阳性拟南芥植株后代进行表型鉴定及基因表达量鉴定,表型鉴定结果表明,与野生型相比转基因拟南芥开花时间提前,莲座叶直径增大,叶片长度、宽度及叶柄长度均有所增加,具有极显著差异。叶片数量减小,具有显著差异。一级分枝数无明显差异。基因表达方面,转化株的FLC基因表达量下降,SOC1基因表达量上升。研究结果揭示了SDG108基因对拟南芥在开花及莲座叶片表型方面的影响。
  3、经鉴定,共计筛选出了3株阳性玉米植株。对阳性后代株系进行编辑效率检测及农艺性状分析,结果表明,一共有5株发生了部分突变,编辑效率较高的T2-1-1和T2-2-3与玉米自交系B73相比株高变矮,穗位变矮,叶片增多,茎粗增加,开花时间延迟,穗长变短,穗粗变细,百粒重降低,具有显著差异。穗行数与行粒数无明显差异。而编辑效率相对较低的T2-1-2、T2-2-1以及T2-2-2则无明显变化,研究结果揭示了SDG108基因对玉米农艺性状方面的影响。
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