黎平杂边禾dss-1突变体光合生理特性及基因定位研究

发布时间：2017-08-10 13:27

  本文关键词：黎平杂边禾dss-1突变体光合生理特性及基因定位研究

  更多相关文章： 水稻 油菜素内酯 突变体 光合生理特性 基因定位

【摘要】：水稻作为重要的粮食作物,株高是其重要的农艺性状之一,研究水稻株高对水稻的稳产及高产具有重要意义,因此,鉴定和创制水稻新的矮秆突变体,对进一步揭示水稻株高生长发育的分子调控机制具有重要意义。本研究利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(Ethyl Methyl Sulfonate,EMS)处理贵州地方稻种黎平杂边禾后获得一份小粒矮秆突变体(暂命名为dwarf small seed-1,dss-1),对其表观性状、光合生理特性、节间细胞结构、对外源赤霉素(Gibberellin,GA)及油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)敏感性及BR相关基因表达进行了分析,并构建杂交群体对dss-1突变体进行遗传分析,以明确dss-1突变体矮化性状的遗传特性,还对该突变基因进行了初定位研究,结果如下:1突变体农艺性状及细胞形态突变体表现出植株矮化、株型直立、叶色深绿、第二节间长度极度缩短、剑叶短窄、籽粒小而圆、穗长及倒1节长度增加等性状。成熟期dss-1突变体株高98cm,高度为野生型(205.18 cm)的48%。对苗龄2周的突变体及野生型植株第二叶叶鞘及叶片表皮细胞观察发现,突变体的表皮细胞长度明显较野生型缩短。对dss-1突变体各节间细胞进行纵切观察发现,与野生型细胞相比,dss-1突变体倒1、3、4节间细胞形态无明显差异,细胞长度变化不大;倒2节细胞长度变短且圆,说明dss-1突变体第2节间缩短是由于细胞长度变短所致。2突变体对外源GA及BR的响应外源GA3处理该突变体无胚乳部分种子发现,其能诱导该突变体产生α-淀粉酶,表明dss-1突变基因与GA信号转导途径无关;经过外源GA3处理突变体苗期后,发现dss-1突变体第二叶鞘长度未恢复至野生型长度,一定程度上也说明突变体对外源GA3不敏感,推测该突变体矮化性状与活性GA生物合成途径无关。在暗培养条件下,dss-1的中胚轴不伸长,暗形态建成受到影响。而dss-1突变体对外源表油菜素内酯BL敏感,推测该突变体可能与BR生物合成途径有关。3突变体光合生理特性为探讨突变体dss-1生理生化变化,我们测定了超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)三种抗氧化酶活性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量,并以LI-6400XT光合系统进行了光合生理特性分析。结果表明,dss-1突变体SOD、POD和CAT酶活性分别为8.12 U/mg(prot)、28.60 U/mg(prot)、23.77 U/mg(prot),均比野生型[SOD为7.75 U/mg(prot)、POD为27.23 U/mg(prot)及CAT为21.76 U/mg(prot)]略高,但差异未达到显著水平,说明该突变基因与抗氧化酶不相关。MDA含量为0.90nmol·mg-1(FW),比野生型[0.57 nmol·mg-1(FW)]增加58%,差异达到极显著水平。该突变体成熟期的光合速率(8.9μmol·m-2·s-1)和叶绿素含量(4.8 mg·g-1·FW)比野生型(光合速率为6.7μmol·m-2·s-1,叶绿素含量为3.0 mg·g-1·FW)高24.72%和37.5%;分蘖期突变体光合速率(18.7μmol·m-2·s-1)和叶绿素含量(5.7 mg·g-1·FW)比野生型(光合速率是16.8μmol·m-2·s-1和叶绿素含量是4.5 mg·g-1·FW)增加了10.16%、21.05%。突变体dss-1的初始荧光产量(Fo)是175.1,最大光合效率(Fv/Fm)为0.79,比野生型(Fo为141.01,Fv/Fm为0.78)高19.50%和1.3%,电子传递速率(ETR)、PSII的光化学效率(ΦPSII)和光化学淬灭(q P)分别是96.73、0.16、0.71,均低于野生型(ETR是106.13、ΦPSII是0.20及q P是0.75)。说明dss-1突变基因与该突变体光合生理特性和表型特征具有一定相关性。4 dss-1突变对BR合成及信号转导相关基因表达的影响利用real-time PCR检测dss-1突变体和野生型幼苗期中BR生物合成和信号传导相关基因的表达发现,与野生型相比,BR合成途径相关基因DWARF4、DWARF、D11、DWARF2及信号转导途径相关基因BRI1、MDP1、RAG1、BZR1的表达量均上调,其中合成途径相关基因DWARF上调最明显,是野生型的7.8倍;信号转导途径相关基因BRI1的表达上升幅度是野生型的5.3倍左右。除了DWARF4、RGA1、MDP1外,其他基因表达量上调均高于2倍,说明dss-1基因不是BR生物合成中DWARF4、DWARF、D11、DWARF2任何一个,也不是BR信号通路中BRI1、MDP1、RAG1、BZR1的其中一个,是一个与BR生物合成相关的基因。5突变体矮秆性状的遗传特性及基因初定位本研究构建了dss-1与9311、银桂粘及贵州黎平杂边禾野生型3组杂交组合,研究突变体矮化性状遗传特性,将dss-1与9311杂交组合F2群体作为dss-1突变基因的定位群体。研究发现,dss-1突变体与9311、银桂粘及黎平杂边禾野生型等材料的杂交F1代植株均表现为高秆性状,未出现矮化植株。dss-1与9311、野生型及银桂粘等杂交组合的F2代群体中,高秆植株与矮化植株分离比例为3:1。说明dss-1突变体的矮化性状是由于单基因隐性突变所致,初步命名为Dss-1基因。利用在两亲本间筛选出具有多态性的引物对突变基因池和正常基因池进行扩增,并用在基因池间具有多态性引物对F2代群体单株进行验证分析,初步确定位于水稻第3条染色体的标记RM15238和RM15521与目标基因存在连锁关系,Dss1基因初定位于3号染色体标记RM15238附近16.72-20.83和RM15521附近22.29-26.47区段中。
【关键词】：水稻 油菜素内酯 突变体 光合生理特性 基因定位
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2;Q945.11
【目录】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 第一章 文献综述13-28
• 1 水稻株高功能基因研究13-20
• 1.1 GA合成及信号传导相关基因13-15
• 1.2 BR合成及信号传导相关基因15-19
• 1.2.1 BR 生物合成途径相关基因15-18
• 1.2.2 BR 信号转导途径相关基因18-19
• 1.3 独角金内酯及其他株高相关基因19-20
• 2 水稻矮化突变体研究进展20-23
• 2.1 突变体的来源20-23
• 2.1.1 自然突变21
• 2.1.2 物理、化学诱变21-22
• 2.1.3 插入突变22-23
• 2.2 水稻突变体库23
• 3 水稻基因定位23-27
• 3.1 基因定位分子标记24-25
• 3.2 水稻基因定位研究25-27
• 4 研究目的及意义27-28
• 第二章 黎平杂边禾的诱变及dss-1 突变体鉴定28-42
• 1. 材料28-29
• 1.1 植物材料28-29
• 1.2 仪器及试剂29
• 2 研究方法29-32
• 2.1 EMS诱变、筛选、鉴定贵州地方水稻突变体29
• 2.2 dss-1 突变体形态与表型观察29-30
• 2.3 dss-1 突变体细胞学分析30-31
• 2.4 dss-1 突变体对外源GA3敏感性分析31-32
• 2.5 dss-1 突变体α-淀粉酶活性检测32
• 2.6 dss-1 突变体对BR敏感性分析32
• 2.7 dss-1 突变体暗形态建成分析32
• 3 结果与分析32-40
• 3.1 dss-1 突变对农艺性状表型特征的影响32-34
• 3.2 dss-1 突变体茎节间细胞学形态的影响34-36
• 3.3 dss-1 突变对外源GA3的响应36-37
• 3.4 dss-1 突变对α-淀粉酶表达活性的影响37
• 3.5 dss-1 突变对暗形态建成的影响37-38
• 3.6 dss-1 突变对BR敏感性的影响38-40
• 4 讨论40-42
• 第三章 dss-1 突变体保护酶活性与光合生理特性42-48
• 1 材料42
• 2 研究方法42-44
• 2.1 光合色素测定42-43
• 2.2 叶绿素荧光参数测定43
• 2.3 光合速率测定43
• 2.4 保护酶活性及MDA含量测定43-44
• 3 结果与分析44-46
• 3.1 光合色素含量变化44
• 3.2 叶绿素荧光参数变化44-45
• 3.3 光合速率变化45
• 3.4 保护酶活性及丙二醛(MDA)含量变化45-46
• 4 讨论46-48
• 第四章 dss-1 BR相关基因表达分析48-55
• 1 材料49
• 1.1 植物材料49
• 1.2 仪器及试剂49
• 2 研究方法49-51
• 2.1 引物设计49-50
• 2.2 水稻总RNA提取50
• 2.3 总RNA浓度检测50-51
• 2.4 cDNA的合成51
• 2.5 Real-time PCR反应51
• 3 结果与分析51-54
• 3.1 RNA浓度检测结果51-52
• 3.2 dss-1 突变对BR合成相关基因表达的影响52-54
• 4 讨论54-55
• 第五章 dss-1 遗传分析及基因定位55-64
• 1 材料56
• 1.1 植物材料56
• 1.2 实验仪器及试剂56
• 2 研究方法56-58
• 3 结果与分析58-62
• 3.1 突变体遗传分析58-60
• 3.2 dss-1 突变体基因初定位60-62
• 4 讨论62-64
• 第六章 结论、创新点与展望64-67
• 1 结论64-65
• 2 创新点65
• 3 展望65-67
• 参考文献67-78
• 附录78-79
• 致谢79-80
• 声明80-81

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