一个水稻显性卷叶突变体的遗传分析与基因定位

发布时间：2017-07-28 20:35

  本文关键词：一个水稻显性卷叶突变体的遗传分析与基因定位

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【摘要】：水稻是世界上最重要的粮食作物之一,提高水稻产量对于解决人类温饱问题具有重要的意义。叶片是水稻主要的光合作用器官,是水稻株型育种的重要组成部分。研究表明,叶片适度卷曲有利于植株叶片保持直立不披垂,增加中、下层叶片透光率,从而改善群体光照条件,可为产量的提高奠定良好株型基础。本研究以甲基磺酸乙酯(Ethylmethylsulfone,EMS)诱变粳稻日本晴获得的一个遗传稳定的显性卷叶突变体70-36为材料,从遗传学、细胞学及生理生化等方面分析该突变体的特性,并对其突变座位进行分子标记定位分析,然后进行候选基因的遴选及卷叶机理的探讨,取得的主要结果如下:从六叶期开始,突变体70-36植株的叶片表现与野生型日本晴显著不同,其叶片呈现内卷、且该卷叶特性在后续生育期中一直维持。与野生型相比,突变体植株倒1叶及倒2叶的卷曲度均增加约49%,叶长分别增加约23%和38%,叶宽分别增加约13%和14%,另外株高和百粒重也分别增加约19%和8%,但结实率和有效分蘖数却分别降低29%和13%。对孕穗期剑叶进行徒手切片和半薄切片观察,研究表明,突变体叶片的维管束发育从六叶期开始表现异常:与野生型相比,突变体叶片不仅中脉和侧脉部分维管束远轴面的厚壁组织发育存在缺陷,而且中脉上的小维管束数目也增多。利用透射电镜进一步观察,发现突变体叶片维管束的远轴面厚壁组织中细胞壁厚度比野生型明显减少。利用傅立叶变换红外光谱法(fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)对孕穗期剑叶中脉的细胞壁成份进行分析,结果表明突变体叶片中脉的纤维素、半纤维素和木质素含量均比野生型明显降低。利用分光光度法测定孕穗期剑叶的叶绿素和类胡萝卜素含量,结果表明突变体叶片中叶绿素a含量比野生型增加约12.5%,而其它色素含量无变化。以卷叶突变体70-36为母本,与叶片正常的广亲和品种粳籼89杂交,得到的F1代植株叶片呈现与70-36相似的卷叶特性,在F2代群体中,卷叶植株与平展叶植株的比例为3.20:1(χ2=0.47χ20.05=3.84),完全符合一对等位基因的孟德尔分离比例,此结果表明70-36突变体的卷叶特性受单一显性基因控制。利用F2分离群体中的164个隐性单株(平展叶)进行分子标记定位分析,将卷叶座位定位于水稻第3染色体上Ind3和Ind6两个标记之间约1.7 Mb的区域。通过测序分析,在定位区间内发现70-36中有4个基因,即Os03g0386000、Os03g0389100、Os03g0389900和Os03g0395100的序列存在碱基变异。对这4个基因的表达量进行荧光定量PCR(qRT-PCR)分析,发现五叶期Os03g0395100基因的表达量比野生型显著增加,而其余基因表达量无显著变化,因此将Os03g0395100作为70-36卷叶突变体的候选基因。转录组测序(RNA-seq)分析的结果表明,突变体与野生型间共存在207个显著差异表达基因,其中上调表达的基因162个,下调表达的基因共45个。对这些显著差异表达基因进行功能分类和PATHWAY分析,发现与叶极性建立、泡状细胞发育、厚壁组织发育等有关的基因在70-36中表达均发生了显著改变,另外还发现与信号转导、次生代谢途径等有关基因的表达改变也与突变密切联系。利用qRT-PCR技术对基因表达量进行验证,表明叶极性发育相关基因OsYABBY1、OsYABBY7,以及厚壁组织发育相关基因SLL1在突变体中显著上调表达,而与木质素合成相关基因Dirigent1、4CL3在突变体中则显著下调表达,证明70-36突变体的卷叶形成受叶极性发育、厚壁组织发育及木质素合成相关基因的表达改变影响。但是,这些基因的表达是否受分子标记定位筛选到的候选基因Os03g0395100的影响、是否被其直接调控而导致卷叶以及具体的调控分子机理如何,还有待进一步研究。
【关键词】：水稻(Oryza sativa L.) 显性卷叶突变 分子标记定位 厚壁组织 转录组测序(RNA-seq)
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 英文缩略词与英汉对照8-13
• 1 前言13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 植物叶发育及调控的分子机理13-19
• 1.2.1 叶原基的形成13-15
• 1.2.2 叶极性的建立15-17
• 1.2.2.1 近-远轴极性的建立15-16
• 1.2.2.2 中-边轴极性的建立16
• 1.2.2.3 基-顶轴极性的建立16-17
• 1.2.3 小分子RNA对叶发育的调控17-18
• 1.2.4 植物激素对叶发育的调控18-19
• 1.3 水稻卷叶的分子生物学研究进展19-26
• 1.3.1 水稻叶片形态结构及卷叶形成的细胞学机制19-20
• 1.3.2 水稻卷叶基因的定位研究20-24
• 1.3.3 水稻卷叶发生的分子机理24-26
• 1.4 本研究的目的及意义26-27
• 2 材料与方法27-36
• 2.1 材料27-28
• 2.1.1 植物材料27
• 2.1.2 主要仪器设备27
• 2.1.3 主要试剂与耗材27-28
• 2.1.4 主要溶液配方28
• 2.2 实验方法28-36
• 2.2.1 田间调查及数据分析28-29
• 2.2.2 叶绿素含量测定29
• 2.2.3 细胞壁成份定性分析29
• 2.2.4 水稻DNA提取29-30
• 2.2.5 水稻总RNA的提取30-31
• 2.2.6 cDNA第一链制备31
• 2.2.7 定量PCR（qPCR）反应31-32
• 2.2.8 微卫星（SSR）PCR扩X椉暗缬炯觳，
  
  本文编号：585939
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