水稻脆秆突变体bc1-wu3的鉴定与基因克隆

发布时间：2020-03-26 18:27

【摘要】：【目的】茎秆机械强度与植株抗倒伏性直接相关。发掘脆秆突变体,克隆其相关基因有助于了解茎秆机械强度遗传机制,为抗倒伏育种提供理论依据。【方法】在经~(60)Co-γ诱变的粳稻品种武育粳3号后代群体中获得一个脆秆突变体,命名为bc1-wu3(brittle culm 1 from Wuyujing3),以突变体bc1-wu3为母本,Kasalath为父本构建相应的F_2分离群体,采用图位克隆的方法定位相应脆秆基因。【结果】与野生型相比,突变体的叶片、叶鞘、茎秆等组织在全生育期始终表现为脆性,易折断;穗长和粒长显著降低,粒宽显著增加。茎秆细胞细胞壁糖成分测定表明,细胞壁中纤维素含量极显著下降,而木糖、葡萄糖及阿拉伯糖含量则显著增加。茎秆切片观察发现突变体茎秆的厚壁细胞层数减少,厚壁细胞细胞壁极显著变薄。遗传分析表明,bc1-wu3脆性性状受1对隐性核基因控制。采用图位克隆的技术将该基因定位于第3染色体标记MK12与MK18之间,物理距离为57 kb,在此定位区段内包含1个已克隆的脆性基因BC1(LOC_Os03g30250)。测序结果表明,突变体bc1-wu3中BC1基因第2外显子内(CDS 659处)有1个碱基的替换(G-T),导致编码氨基酸由半胱氨酸变异为苯丙氨酸。实时荧光定量PCR结果表明,BC1基因在脆秆突变体bc1-wu3茎秆中的表达量显著降低。【结论】据此推断本研究中定位的脆秆基因bc1-wu3为BC1新等位基因。相关结果加深了对BC1基因功能的认识,有助于阐明水稻茎秆强度遗传机制。
【图文】：

?表3)，突变体bc1-wu3茎秆细胞细胞壁中纤维素含量较WT呈现极显著下降，下降比例为38.77%；木糖、葡萄糖及阿拉伯糖含量则显著增加，增加比例分别为42.86%、21.11%和26.21%；其他中性糖的含量变化幅度较小，差异不显著。2.4突变体脆秆性状的遗传分析及基因精细定位Kasalath与突变体bc1-wu3配置的F1植株表型正常，F2群体出现明显的表型分离，其中正常株3014株，脆性株987株。经卡方测验，正常株与脆性株符合3∶1分离比（χ2=1.24<χ20.05,1=3.84）,结果说明突变体bc1-wu3脆性性状受1对隐性核基因图1野生型(WT)与突变体bc1-wu3表型的比较Fig.1.Comparisonofthephenotypesbetweenwildtype(WT)andbc1-wu3.A－成熟期株型；B－抽穗期叶鞘及茎秆脆性表型；C－抽穗期叶片脆性表型；D－穗形；E和F－籽粒表型。A,Plantatthematuritystage;B,Culm;C,Leaf;D,Panicle;EandF,Grain.表2野生型(WT)和突变体bc1-wu3的农艺与产量性状Table2.Agronomicandyieldtraitsofwildtype(WT)andbc1-wu3.材料抽穗期株高分蘖数穗长结实率千粒重粒长粒宽MaterialHeadingdate/dPlantheight/cmNo.oftillersPaniclelength/cmSeed-settingrate/%Thousand-grainweight/gGrainlength/mmGrainwidth/mmWT103.2±0.384.1±3.410.0±2.116.5±1.796.5±1.026.69±0.197.11±0.913.15±0.85bc1-wu3103.1±0.382.7±2.19.0±2.214.7±1.1*95.2±0.926.77±0.176.97±0.89*3.35±0.54*数据为平均值±标准差（n=10，其中千粒重n=5，抽穗期n=3）。*表示在0.05水平差异显著。下同。Allfiguresaremean±SD(n=10,forthousand-grainweightn=5,forheadingdate,n=3).*indicatesignificantdifferenceatP<0.05betweenthewildtypean

釯ㄓ牖饷蚩寺?61控制。为定位该脆性基因，利用均匀分布于水稻12条染色体上的380对SSR标记及STS标记，筛选出189对在bc1-wu3与Kasalath之间显示多态性的标记。利用上述多态标记，，运用BSA法对该基因进行连锁分析。结果表明(图5)，bc1-wu3基因与第3染色体上的标记RM6676和STS3-86.6连锁。利用94株脆性单株验证了这两对标记，且在RM6676处检测到2个交换单株。在标记STS3-86.6处检测到1株交换单株，由交换单株信息可知，该基因位于这2对标记之间。随后利用这2对标记对893株F2脆性单株进行检测，在标记RM6676处找图2野生型(WT)与突变体bc1-wu3种子颖壳细胞形态的比较Fig.2.Comparisonofthesizeofgrainglumecellbetweenwildtype(WT)andbc1-wu3.A和B－WT与突变体bc1-wu3种子的颖壳背面细胞；C和D－WT与突变体bc1-wu3种子的颖壳背面细胞宽度和长度，数据为平均值±标准差(n=10)。*，**分别表示在0.05和0.01水平差异显著。表3同。AandB,GrainglumecellofWTandthemutant,respectively.CandD,Quantificationofthewidthandlengthofgrainglumecell.Dataaremean±SD(n=10).*,**indicatesignificantdifferenceat0.05,0.01levelsbetweenWTandmutantbc1-wu3,respectively.Thesameasfollows.表3野生型(WT)与突变体bc1-wu3茎秆细胞细胞壁中糖组分含量比较Table3.Comparisonofthesugarcompositioncontentsofculmsbetweenwildtype(WT)andbc1-wu3.mg/g材料鼠李糖岩藻糖阿拉伯糖木糖甘露糖半乳糖葡萄糖纤维素MaterialRhamnoseFucoseArabinoseXyloseMannoseGalactoseGlucoseCellulosWT1.86±0.021.05±0.0123.46±0.51217.64±2.601.20±0.416.95±0.2645.76±1.89426.52±7.13bc1-wu32.02±0.041.08±0.0129.61±0.85*310.93±9.65**1.21±0.408.74±0.2

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