水稻粒型QTL的定位及粒长基因GL3.3的克隆与功能研究

发布时间：2024-07-01 23:54

　　水稻是最重要的粮食作物之一,提高水稻产量改善其品质是目前育种的主要目标。水稻粒型包括粒长、粒宽、粒厚以及长宽比四个方面,会直接影响稻米的重量从而影响水稻的产量。除此之外,粒型还是一项重要的外观品质性状,同时直接影响稻米的加工品质。因此研究水稻粒型的遗传及分子机理,有助于高产优质稻米的选育。本课题包含两个部分,第一部分,我们利用一个由金23B与青谷矮构建的BC₃F₁回交群体,对粒型等相关性状进行了QTL检测,共检测到10个粒型相关QTL,通过验证发现其中有3个位点是未被克隆的新位点。第二部分,我们利用图位克隆的方法克隆到了一个位于第3染色体长臂末端控制粒长的QTL qGL3.3,并对其功能进行了解析。主要结果如下:1.考察高世代回交群体BC₃F₂和BC₃F_2:3连续两年的粒型相关性状,并对其进行QTL检测,共检测到10个QTL,其中位于第1染色体的qGW1、第3染色体的qGS3和第7染色体的qGS7这三个位点被重复两年检测到,分别利用BC₃

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
缩略词表
1 前言
    1.1 植物基因克隆研究进展
        1.1.1 质量性状与数量性状
        1.1.2 基因克隆
            1.1.2.1 正向遗传学
            1.1.2.2 反向遗传学
            1.1.2.3 正向遗传学和反向遗传学的比较
        1.1.3 图位克隆
            1.1.3.1 QTL的定位群体
            1.1.3.2 分子标记
            1.1.3.3 QTL检测
            1.1.3.4 QTL的精细定位与基因克隆
            1.1.3.5 图位克隆的应用
            1.1.3.6 图位克隆的发展
        1.1.4 关联分析进行基因定位与克隆
        1.1.5 利用MAGIC群体进行QTL定位与克隆
    1.2 水稻粒型的研究进展
        1.2.1 水稻粒型的介绍
        1.2.2 水稻粒型的遗传及分子机理研究现状
            1.2.2.1 GS3 的定位与克隆
            1.2.2.2 GW5 的定位与克隆
            1.2.2.3 GW2 的定位与克隆
            1.2.2.4 GS5 的定位与克隆
            1.2.2.5 qGL3 的定位与克隆
            1.2.2.6 GW8 的定位与克隆
            1.2.2.7 GS2/GL2 的定位与克隆
            1.2.2.8 GL7/GW7 的定位与克隆
            1.2.2.9 GLW7 的定位与克隆
            1.2.2.10 突变体材料克隆的粒型基因
        1.2.3 水稻粒型调控机理
            1.2.3.1 植物激素途径
            1.2.3.2 泛素-蛋白酶体途径
            1.2.3.3 G蛋白途径
            1.2.3.4 其它途径
        1.2.4 水稻粒型基因的驯化与应用
        1.2.5 水稻粒型研究的挑战以及展望
    1.3 本研究的目的与意义
2 材料与方法
    2.1 水稻亲本及遗传群体
    2.2 群体基因型检测和QTL遗传效应分析
    2.3 近等基因系的构建
    2.4 菌株和载体信息
    2.5 载体的构建
        2.5.1 互补载体的构建
        2.5.2 超表达载体的构建
        2.5.3 CRISPR敲除载体的构建
        2.5.4 启动子融合GUS的时空表达载体的构建
        2.5.5 亚细胞定位载体的构建
    2.6 水稻的遗传转化
    2.7 田间试验
    2.8 表型考察
    2.9 RNA的抽提、RT-PCR以及Real-time PCR
    2.10 亚细胞定位
    2.11 GUS染色
    2.12 GL3.3 序列、单倍型和遗传多态性分析
3 结果与分析
    3.1 金23B与青谷矮1 号的回交群体遗传连锁分析
        3.1.1 BC₃F₂ 以及BC₃F_2:3 群体粒型相关性状的考察
        3.1.2 粒型QTL的初步定位
        3.1.3 粒型QTL的验证以及遗传分析
    3.2 粒长基因GL3.3 的图位克隆
        3.2.1 qGL3.3在BC₄F₂ 分离群体中的效应验证
        3.2.2 qGL3.3 的精细定位
        3.2.3 qGL3.3 候选区段的比较测序及分析
        3.2.4 GL3.3 的遗传转化与功能验证
            3.2.4.1 GL3.3 互补和超表达载体的构建与转化
            3.2.4.2 GL3.3 能互补gl3.3 表型
            3.2.4.3 超量表达gl3.3能增加粒长
            3.2.4.4 CRISPR敲除GL3.3 能增大粒长
        3.2.5 GL3.3 的时空表达
            3.2.5.1 GL3.3 的时空表达谱分析
            3.2.5.2 GUS染色分析
        3.2.6 GL3.3 蛋白的亚细胞定位
        3.2.7 GL3.3 影响影响颖壳细胞大小
            3.2.7.1 GL3.3 负调控颖壳细胞长度
            3.2.7.2 GL3.3 正调控颖壳外表面纵向细胞数目
            3.2.7.3 GL3.3 影响细胞周期相关基因的表达
        3.2.8 GL3.3与BR的关系
            3.2.8.1 近等基因系中BR相关基因的表达情况
            3.2.8.2 近等基因系和GL3.3 敲除材料均能正常响应BR信号
        3.2.9 GL3.3 与生长素的关系
        3.2.10 GL3.3 的自然变异
        3.2.11 GL3.3与GS3 存在上位性互作
        3.2.12 GL3.3 对水稻农艺性状的影响
4 讨论
    4.1 粒型QTL的定位与克隆
    4.2 GL3.3 是一个负调控水稻粒长的基因
    4.3 GL3.3 与植物激素的关系
    4.4 GL3.3 的自然变异
    4.5 GL3.3与GS3 的关系
    4.6 GL3.3 在育种上的应用探讨
参考文献
附录
    附录 Ⅰ:本研究用到的引物
        附表1:qGL3.3 的精细定位与载体构建相关的引物
        附表2:本研究中用来检测表达量的引物
        附表3:RIL群体GL3.3与GS3 基因型与表型
    附录 Ⅱ:部分实验的操作步骤
    附录 Ⅲ:作者简介
致谢



本文编号：3999376