水稻分蘖抑制突变体ts1和ts2分蘖特性、碳氮代谢及相关基因表达分析

发布时间：2020-10-29 12:59

　　 分蘖是影响水稻成穗数进而影响总产量的重要农艺性状之一,该性状受外部环境以及植株内部的生理生化、激素、基因等多种因素共同调控。研究水稻分蘖数的遗传变异,进一步挖掘影响水稻分蘖的遗传因子,并揭示其潜在的分子机理,继而对水稻分蘖与成穗进行分子改良将是水稻理想株型育种的重要方向。本论文的研究对象是通过EMS诱变得到的分蘖能力受到显著抑制的2个突变体ts1和ts2,在大田条件下观察其分蘖特性,并对水稻碳氮代谢关键酶活以及分蘖相关基因表达进行分析,主要结果如下。1、水稻分蘖抑制突变体ts1和ts2均表现出分蘖抑制的表型,有所不同的是,突变体ts1分蘖抑制的表型贯穿了全生育期,并且在整个生育期内表现出生长受阻的形态;而突变体ts2分蘖能力只在营养生长早期受到明显抑制,在生长后期得到释放。2、对突变体ts1与ts2分蘖芽进行组织学观察发现,突变体ts1与ts2各叶位分蘖芽均具有正常的组织结构,可以看到芽原基和幼叶的存在,说明其具备分化成正常分蘖的潜能,突变体ts1和ts2分蘖抑制的表型并非由分蘖芽异常形成所致。3、突变体ts1中可溶性糖、可溶蛋白和游离氨基酸含量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性在苗期显著低于野生型LY95,说明突变体ts1碳氮代谢强度明显弱于野生型,导致ts1植株生长受阻并且对腋芽的营养供给也不充足,由此引起分蘖抑制的表型。4、突变体ts2在营养生长早期氮同化效率降低,积累了过量的氮素引发氮胁迫,为了应对氮胁迫,突变体ts2体内游离氨基酸含量有所升高;同时,突变体ts2中碳代谢产物和相关酶活性均显著低于野生型,这说明碳氮代谢速率下降是突变体ts2在营养生长早期分蘖抑制的重要原因。在营养生长后期,突变体ts2氮代谢能力恢复正常,植株不再处于氮胁迫,游离氨酸含量也恢复正常,氮同化产物急剧积累;同时,突变体ts2中碳代谢产物及相关酶活性也恢复至与野生型相同的水平。促使突变体ts2分蘖能力在营养生长后期得到释放。5、突变体ts1营养生长前期在生长素、独脚金内酯以及分蘖通路等多条控蘖通路的作用下,表现出分蘖抑制的表型。在营养生长后期,突变体ts1中早期对ts1分蘖起抑制作用的多条控蘖通路在营养生长后期被极大的削弱了,但由于突变体ts1的生长状况在生育期内持续受到抑制,对腋芽的营养供给不能充分满足其生长需要,导致突变体ts1的分蘖潜能弱于野生型,即仍表现出分蘖抑制的表型。6、营养生长前期突变体ts2中过量积累的氮素及细胞分裂素合成基因共同诱导细胞分裂素受体基因Cga1的表达,Cga1基因表达上调后导致植株出现叶色浓绿,分蘖抑制,且呈半矮秆的表型。同时,突变体ts2中独脚金内酯通路内的基因表达也极显著上调,这些因素共同引起了突变体ts2在营养生长早期分蘖抑制的表型。营养生长后期,突变体ts2体内氮素水平恢复正常,细胞分裂素合成基因及Cga1基因的表达也不再被诱导;同时,突变体ts2中包括生长素通路,独脚金内酯通路,分蘖通路在内的多条通路共同作用促使突变体ts2在营养生长后期发生分蘖。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S511
【部分图文】：

２．１水稻分蕖抑制突变体扮和妃表型鉴定??我们于２０１７年夏季考察了野生型材料ＬＹ９５与突变体炫ｉ、在分蘖特性上??的差异（图２－１）。可以看出，在田间条件下，野生型材料ＬＹ９５从第２０天开始??发分蘖，至第３２天时茎蘖数已达２土０．１个，而Ｗ仍保持单茎。在播种后第４４??天，野生型茎蘖数已达３．１７±０．１３个，突变体如茎蘖数仅有１．８１±０．０９个，??〇＝５．００Ｅ－０４９?（图２－１Ｃ，表２－２）；播种后第５６天，野生型茎蘖数已达３．３６土０．１２??个，突变体Ｗ茎蘖数已达２±０．０５个，（ｐ＝３．２Ｅ－０９）（图２－１Ｂ，Ｃ，表２－２）。成??熟期突变体枝Ｊ单株穗数为２±０．０５个，极显著少于野生型的单株穗数３．３６±０．１３??个，（ｐ＝６．０４Ｅ－０９）。该结果表明，突变体Ｗ分蘖抑制表型贯穿了整个生育期。??播种后第３２天，野生型材料ＬＹ９５茎蘖数己达２±０．１个，而突变体整??个株系仍保持单茎

我们在不同叶龄时期对野生型材料ＬＹ９５、突变体Ｗ和以的分蘖芽进行了??形态学观察并记录了分蘖芽长度。结果发现，突变体＾？／和ｒＷ各叶位的分蘖芽??均能正常形成（图２－３，图２－４）。??ｙｙｎｉｉ??ｎｕｎｕ??图２－３水稻野生型材料ＬＹ９５分藥芽形态学观察??Ａ、Ｂ．?３?叶期。Ｃ、Ｄ．４?叶期。Ｅ、Ｆ．?５?叶期。Ｇ、Ｈ．６?叶期。Ａ—Ｅ?和?Ｇ?图中?Ｂａｒ＝?１?ｍｍ，??Ｆ、Ｈ?图中?Ｂａｒ?＝?５ｍｍ〇??Ｆｉｇ．?２－３?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ?Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｎ?ａｘｉｌｌａｒｙ?ｂｕｄｓ?ｏｆ?ｒｉｃｅ?ｗｉｌｄ?ｔｙｐｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ＬＹ９５?Ａ，?Ｂ．??３－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｃ，?Ｄ．?４－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｅ，?Ｆ．?５－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｇ，?Ｈ．?６－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｂａｒ?＝?１?ｍｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ａ－Ｄ??ａｎｄ?Ｇ?ｃｈａｒｔｓ，?ａｎｄ?Ｂａｒ?＝?５?ｍｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｇ?ａｎｄ?Ｈ?ｃｈａｒｔｓ．??ＬＩ?ＬＩ?ＬＩＵ??ｙｕｉｍ??图２－４水稻分藥抑制突变体／ｓ７分藥芽形态学观察??Ａ、Ｂ．?３?叶期。Ｃ、Ｄ．４?叶期。Ｅ、Ｆ．?５?叶期。Ｇ、Ｈ．６?叶期。Ａ—Ｅ?和?Ｇ?图中?Ｂａｒ＝?１?ｍｍ；??Ｆ、Ｈ?图中?Ｂａｒ?＝?５?ｍｍ。??Ｆｉｇ．?２－４?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｎ?ａｘｉｌｌａｒｙ?ｂｕｄｓ?ｏｆ?ｒｉｃｅ?ｍｕｔａｎｔ?ｔｉｌｌｅｒ?ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ?１Ａ，?Ｂ．??３－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｃ

我们在不同叶龄时期对野生型材料ＬＹ９５、突变体Ｗ和以的分蘖芽进行了??形态学观察并记录了分蘖芽长度。结果发现，突变体＾？／和ｒＷ各叶位的分蘖芽??均能正常形成（图２－３，图２－４）。??ｙｙｎｉｉ??ｎｕｎｕ??图２－３水稻野生型材料ＬＹ９５分藥芽形态学观察??Ａ、Ｂ．?３?叶期。Ｃ、Ｄ．４?叶期。Ｅ、Ｆ．?５?叶期。Ｇ、Ｈ．６?叶期。Ａ—Ｅ?和?Ｇ?图中?Ｂａｒ＝?１?ｍｍ，??Ｆ、Ｈ?图中?Ｂａｒ?＝?５ｍｍ〇??Ｆｉｇ．?２－３?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ?Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｎ?ａｘｉｌｌａｒｙ?ｂｕｄｓ?ｏｆ?ｒｉｃｅ?ｗｉｌｄ?ｔｙｐｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ＬＹ９５?Ａ，?Ｂ．??３－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｃ，?Ｄ．?４－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｅ，?Ｆ．?５－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｇ，?Ｈ．?６－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｂａｒ?＝?１?ｍｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ａ－Ｄ??ａｎｄ?Ｇ?ｃｈａｒｔｓ，?ａｎｄ?Ｂａｒ?＝?５?ｍｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｇ?ａｎｄ?Ｈ?ｃｈａｒｔｓ．??ＬＩ?ＬＩ?ＬＩＵ??ｙｕｉｍ??图２－４水稻分藥抑制突变体／ｓ７分藥芽形态学观察??Ａ、Ｂ．?３?叶期。Ｃ、Ｄ．４?叶期。Ｅ、Ｆ．?５?叶期。Ｇ、Ｈ．６?叶期。Ａ—Ｅ?和?Ｇ?图中?Ｂａｒ＝?１?ｍｍ；??Ｆ、Ｈ?图中?Ｂａｒ?＝?５?ｍｍ。??Ｆｉｇ．?２－４?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｎ?ａｘｉｌｌａｒｙ?ｂｕｄｓ?ｏｆ?ｒｉｃｅ?ｍｕｔａｎｔ?ｔｉｌｌｅｒ?ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ?１Ａ，?Ｂ．??３－ｌｅａｆｓ?ｓｔａｇｅ．?Ｃ
【参考文献】

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本文编号：2860936