一个水稻粒重基因的精细定位和候选基因分析

发布时间：2017-04-28 05:02

  本文关键词：一个水稻粒重基因的精细定位和候选基因分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水稻作为人们赖以生存的粮食作物,与国家粮食安全息息相关。提高水稻产量是保障粮食安全的重要途径。挖掘和研究产量相关基因是高产育种的基础。本研究以一份特大籽粒水稻材料(307R)为供体亲本,三个恢复系IR24、明恢63、蜀恢527为轮回亲本,构建回交世代群体。在前人初步定位的基础上,利用重组纯合株系精细定位,获得了一个控制粒重的显性遗传基因,命名为GLW2。并对候选基因进行了初步的验证分析。主要结果如下：(1)在以IR24、明恢63(M63)、蜀恢527(527R)为轮回亲本构建的BC4F2群体中,获得了不同背景下的近等基因系(NILs)。利用NILs对GLW2的效应进行了评估,结果显示GLW2在不同背景下粒长增加21%-32%、粒宽增加22%-27%,以致千粒重增加27%-53%。同时穗粒数也在一定程度上增加,使得单株产量增加15%-26%。这些数据表明GLW2基因主要通过增加粒长和粒宽,从而增加千粒重,最终提高单株产量。(2)对NILIR24和IR24的颖壳进行石蜡切片观察和电子显微镜观察,结果发现颖壳外表层细胞总数增加了9.4%,但单位面积细胞个数约减少了41.2%。细胞测量显示NILIR24相对于IR24细胞长度约增加了59.8%,细胞宽度约增加了30.4%。以上数据表明,GLW2主要通过增大细胞体积,同时增加细胞数目,从而增加粒重。(3)利用IR24/307R BC3F2群体中2500株小粒单株将GLW2定位在标记H2和标记Z4之间,物理范围约160Kb。对其中8株重组纯合单株进行标记加密,进一步将GLW2定位在标记M2与标记M8之间,物理范围约15Kb。(4)水稻基因组注释显示,基因定位区间仅包含一个基因LOC_Os02g47280。对该基因编码区进行测序,发现大粒材料307R与日本晴序列存在4个SNP位点,其中只有一个差异位点(TC→AA)再307R与IR24、M63和527R间有差异,推测另外3个变异为粳籼差异,而(TC→AA)可能为导致大小粒的关键变异。(5)对育种资源圃中收集的其他18份材料进行平行测序,结果显示3份大粒材料均与近等基因系一致,为AA基因型,而15份小粒材料表现为TC基因型,进一步验证了该候选基因的正确性。(6)利用qRT-PCR对候选基因进行表达模式分析,结果显示：候选基因在多个组织中均有表达,但在植株穗部优势表达。对比分析显示,该基因在大粒材料307R和日本晴的穗部的表达存在很大差异,在日本晴基因穗部的表达随着穗发育的时间逐步降低,而在307R中基因在穗部表达逐渐提高,在穗发育第四期达最高水平。该结果符合该基因作为候选基因的预期。(7)构建PA7-GLW2-YFP载体,瞬时转化水稻原生质体,进行亚细胞定位分析,发现GLW2蛋白在细胞核上表达,符合其作为转录因子的生化功能。
【关键词】：水稻 产量 粒重 重组纯合体 精细定位 近等基因系 候选基因
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511;Q943.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 缩略词表(Abbreviation)8-11
• 1 文献综述11-23
• 1.1 水稻产量相关性状的研究概述11-18
• 1.1.1 控制水稻每穗粒数相关QTL的研究11-13
• 1.1.2 控制水稻有效穗数相关QTL的研究13-14
• 1.1.3 控制水稻粒长/粒重的相关基因的研究14-16
• 1.1.4 控制水稻粒宽/粒重的相关QTL研究16-18
• 1.2 数量性状QTL定位分析发展概况18-22
• 1.2.1 分子标记研究概述18-19
• 1.2.2 QTL遗传群体的研究概述19-21
• 1.2.3 QTL的定位21-22
• 1.3 产量相关基因在水稻育种中的应用22
• 1.4 研究意义22-23
• 2 实验材料与方法23-35
• 2.1 供试材料23-24
• 2.1.1 亲本材料23-24
• 2.1.2 群体材料24
• 2.2 田间种植和性状考察24-26
• 2.2.1 群体构建和田间安排24-25
• 2.2.2 各性状考察25-26
• 2.3 常用试验试剂与仪器26
• 2.4 分子标记辅助基因定位26-28
• 2.4.1 水稻样品DNA的提取方法26-27
• 2.4.2 PCR反应程序27-28
• 2.4.3 电泳检测分析方法28
• 2.5 精细定位28-29
• 2.5.1 新标记开发28-29
• 2.5.2 重组纯合体的鉴定29
• 2.5.3 构建精细定位图谱29
• 2.6 候选基因qPCR表达29-31
• 2.6.1 样品采集29
• 2.6.2 水稻总RNA的提取29-30
• 2.6.3 逆转录反应30
• 2.6.4 基因表达分析30-31
• 2.7 候选基因的亚细胞定位31-35
• 2.7.1 GLW2基因CDS扩增31-32
• 2.7.2 目的基因片段纯化32
• 2.7.3 酶切和连接32-33
• 2.7.4 大肠杆菌转化33-34
• 2.7.5 水稻原生质体的提取和转化34-35
• 3 结果与分析35-50
• 3.1 GLW2能显著提高近等基因系产量35-40
• 3.1.1 不同背景近等基因系的获得35-38
• 3.1.2 GLW2主要通过增加细胞大小提高粒重,并能增加细胞数量38-40
• 3.2 GLW2的精细定位40-44
• 3.2.1 前期定位结果40
• 3.2.2 GLW2精细定位40-43
• 3.2.2.1 精细定位分子标记的开发40-41
• 3.2.2.2 307R/IR24 BC_3F_2群体定位41
• 3.2.2.3 利用重组纯合体进行染色体步移41-43
• 3.2.3 候选区段的获得43-44
• 3.3 候选基因测序分析44-48
• 3.3.1 各亲本间候选基因的测序分析44-45
• 3.3.2 近等基因系NILs目标区域的测序分析45-46
• 3.3.3 候选基因的平行测序分析46-48
• 3.4 候选基因表达分析48-50
• 3.4.1 qRT-PCR表达模式分析48-49
• 3.4.2 亚细胞定位分析49-50
• 4 讨论50-55
• 4.1 数量性状精细定位的复杂性50-52
• 4.1.1 粒型性状表型鉴定尤为重要51
• 4.1.2 靠近染色体末端区域重组频率偏高51-52
• 4.2 候选基因的准确性52-53
• 4.3 GLW2基因在育种中的应用前景53
• 4.4 GLW2基因可能受microRNA396的调控53-55
• 参考文献55-64
• 致谢64-65
• 附录65-68
• 在读期间发表论文68

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