调控水稻异倍性杂交种子败育的相关基因分析

发布时间：2017-08-12 06:33

  本文关键词：调控水稻异倍性杂交种子败育的相关基因分析

  更多相关文章： MADS29 水稻 异倍性杂交 种子败育

【摘要】：植物异倍性杂交后,其后代在抗旱、抗病、抗虫、株高、开花期、生育期、器官大小等方面都表现出超亲本的优良特性。然而水稻异倍性杂交后,往往不能够产生正常发育的种子,其种子干瘪、败育。MADS29是控制水稻种子饱满程度的一个基因,其通过调控母体组织细胞的退化和维持体内激素的平衡来影响种子的发育。在抑制MADS29的表达时,导致种子干瘪、败育。本文通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术研究MADS29等相关基因与水稻异倍性杂交种子败育之间的关系,可以为水稻近缘物种的合理有效利用提供依据。本实验以2份二倍体(2n)＼2份四倍体(4n)水稻材料构建4个自交组合(对照)和8个杂交组合(正反交)。通过分析花粉粒育性、花粉管萌发及伸长、种子发育、以及MADS29等相关基因的表达情况,探讨MADS29等种子发育相关基因是否参与水稻异倍性杂交种子败育的调控。其主要结果如下：1、水稻2n和4n杂交均不能获得正常发育的种子。具体表现为：在授粉后3天(3 DAP),异倍性杂交种子与自交种子相比,其表型没有明显差异,从6 DAP开始变瘪,并一直延续到后期(25 DAP)。在成熟期,退化严重的杂交种子仅剩一层薄薄的种皮,种子内部几乎无任何内含物。2、对花粉粒育性和授粉后花粉管萌发及伸长进行观察,发现：(1)水稻2n和4n的花粉均可育,其花粉可染率分别为83.64%和71.36%；(2)授粉后各组合的花粉管均能够萌发并正常地伸入到胚珠基部。表明水稻异倍性杂交均能完成正常的双受精作用。3、通过石蜡切片对水稻2n和4n异倍性杂交种子的胚乳发育进行观察,发现3DAP,4n×2n的胚乳发育相对较快,已经处于细胞化晚期,其胚乳细胞紧密聚集,且数量较少;而2n×4n胚乳发育相对滞后,一直处在合胞体期,其游离核不断分裂,胚乳内部开始出现少许空泡。4、通过扫描电镜对水稻2n和4n杂交后各组合的成熟种子的淀粉颗粒形态进行观察,结果表明水稻2n的种子,其淀粉颗粒大且呈规则的多面体结构,排列紧密;4n的种子,其淀粉颗粒排列也相对紧密,但形态偏圆；而2n×4n和4n×2n杂交种子与2n和4n的自交种相比,其淀粉颗粒小且圆,排列松散。5、通过RT-PCR和qRT-PCR对MADS29在不同组织中的表达情况进行分析,结果表明MADS29在2n和4n种子中高度表达,其表达量具体为;3DAP6DAP8DAP,而在根、茎、叶等组织中几乎不表达,这与前人研究结果相吻合。另外,MADS29在水稻2n和4n种子中的相对表达量无明显差异。6、通过qRT-PCR技术分析MADS29等相关基因在水稻2n和4n杂交种子的不同发育时期的表达情况,结果显示：(1) MADS29在6 DAP的杂交种子中的相对表达量均高于对照种子,最高可达9.82倍；8 DAP,其相对表达量仍远高于对照种子,且其相对表达量在杂交种子中为：8 DAP6 DAP。(2)淀粉合成相关基因(AGPL2、 AGPS2b)在6 DAP和8 DAP的杂交种子中的相对表达量基本上均低于对照种子,且其相对表达量在对照饱满种子中具体表现为：8 DAP6 DAP,而在杂交瘪种子中的相对表达量则为：6 DAP8 DAP。(3) 6 DAP和8 DAP,生长素基因(IAA1、IAA19)和母体组织细胞程序性死亡(PCD)相关基因(LOC_Os06g17970、LOC_Os05g31570)在杂交种子中的相对表达量也均高于对照种子。7、通过qRT-PCR分析MADS29和淀粉合成相关基因(AGPL2、AGPS2b)在A-MADS29 (RNAi-MADS29中花11)×DH(4n)和中花11×DH(4n)的杂交种子中的表达情况。结果表明,在6DAP和8 DAP时,与中花11×DH的杂交种子相比,MADS29在A-MADS29×DH的杂交种子中的相对表达量下调；而6 DAP,两个淀粉合成相关基因在A-MADS29×DH的杂交种子中的相对表达量上调。综上所述,水稻2n和4n异倍性杂交,其胚乳发育异常,而MADS29基因高表达,生长素基因和母体组织PCD相关基因表达上调,淀粉合成相关基因表达下调。说明MADS29等相关基因的表达与水稻异倍性杂交种子败育有关,暗示我们可以通过调控MADS29基因的表达,实现对水稻异倍性杂交种子败育的调控,从而为水稻近缘物种的合理有效利用提供依据。
【关键词】：MADS29 水稻 异倍性杂交 种子败育
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一部分 文献综述12-27
• 1 水稻胚和胚乳发育的研究进展12-18
• 1.1 水稻胚的发育12-13
• 1.2 水稻胚发育的养分来源13-14
• 1.3 水稻胚乳的发育14-15
• 1.4 水稻灌浆物质进入胚乳的途径15-16
• 1.5 胚与胚乳的关系16
• 1.6 水稻胚乳发育相关基因的研究16-18
• 2 植物倍性杂交的研究进展18-21
• 2.1 植物倍性杂交种子发育的胚胎学观察18-19
• 2.2 植物倍性杂交胚胎败育机理19-21
• 2.2.1 杂交不亲和或授粉、受精异常19-20
• 2.2.2 胚乳异常退化20
• 2.2.3 母体组织异常20-21
• 3 MADS-box转录因子家族的研究进展21-26
• 3.1 MADS-box基因的发现和分布21-22
• 3.2 MADS-box基因的结构特征22-23
• 3.3 水稻MADS-box基因的功能研究23-26
• 3.3.1 MADS-box基因与花发育23-25
• 3.3.2 MADS-box基因与种子发育25
• 3.3.3 MADS-box基因与开花25-26
• 4 研究的目的与意义26-27
• 第二部分 材料与方法27-39
• 1 实验材料27
• 2 主要试剂和仪器27-29
• 2.1 试剂27-29
• 2.2 仪器29
• 3 试验方法29-39
• 3.1 田间杂交29
• 3.2 花粉粒育性鉴定29-30
• 3.3 花粉管萌发及伸长的观察30
• 3.4 种子外观形态的观察30
• 3.5 胚乳发育观察30-31
• 3.6 淀粉粒形态扫描电镜观察31
• 3.7 DNA的提取31-32
• 3.8 阳性转基因植株的鉴定32-34
• 3.8.1 潮霉素浸泡快速检测32
• 3.8.2 PCR方法检测32-34
• 3.9 基因表达分析34-39
• 3.9.1 RNA的提取34-35
• 3.9.2 RNA的纯化35
• 3.9.3 第一链cDNA的合成35-36
• 3.9.4 RT-PCR和qRT-PCR的检测36-39
• 第三部分 结果与分析39-51
• 1 2n与4n水稻杂交种子发育异常39-40
• 2 花粉管萌发及伸长情况40-41
• 3 胚乳发育情况41-43
• 4 成熟种子淀粉粒扫描电镜43-44
• 5 MADS29基因表达分析44-46
• 5.1 组织特异性44-45
• 5.2 表达分析45-46
• 6 淀粉合成相关基因的表达分析46-47
• 7 生长素基因及母体组织细胞程序性死亡(PCD)相关基因的表达分析47-49
• 8 转基因植株的分子鉴定49
• 9 MADS29和淀粉合成相关基因在A-MADS29×DH中的表达49-51
• 第四部分 讨论51-55
• 1 MADS29在2n水稻中的调控途径51-52
• 2 MADS29等相关基因参与了水稻异倍性杂交种子败育的调控52-53
• 3 MADS29的高表达是导致种子败育的一种新型调控方式53-54
• 4 下一步研究计划54-55
• 参考文献55-63
• 致谢63-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨捷频;;常规石蜡切片方法的改良[J];生物学杂志;2006年01期

2 陈娟,王忠,莫亿伟,马晓娟,孙正超,刁守雨;水稻颖果充实与呼吸活性的关系[J];扬州大学学报;2005年02期

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本文编号：660231