水稻氮代谢基因遗传效应与利用的评价

发布时间：2020-09-04 17:08

　　氮素是植物生长发育的主要营养元素之一,适当施用氮肥是水稻获得高产的必要措施之一,然而,氮肥的过量施用造成作物种植效益的降低以及对环境的污染等负面影响。因此,提高作物对氮的高效吸收和利用,已成为当前作物遗传育种研究的重要课题。本研究以日本晴导珍汕97(ZS97)的染色体代换系为基础材料,通过分子标记辅助选择,筛选出5个氮代谢重要基因的近等基因系,并构建了部分基因聚合的材料。对近等基因系和聚合材料分别以3种氮源NH/、N03-和NH4N03进行水培试验,对基因的表达以及氮的吸收利用效果开展研究。主要研究结果如下:1.ZS97与日本晴的5个氮代谢基因的启动子区序列存在变异。OOsNR1、OsNADH-GOGAT1、OsGS1;1编码区也存在变异,利用OsNRi与OsGS1;1存在的两个插入缺失(Indel)开发基因标记NR1-1和GS1-1。5个基因对NH4+和NC3-的响应存在显著差异:OsNADH-GOGAT1和OsGDH1的ZS97等位基因受NH4+和NO3-的诱导上调程度显著高于日本晴等位基因。与之相反,OsAS2和OsGS1;1的日本晴等位基因受诱导程度显著高于ZS97等位基因;OsNR1受NH4+抑制,受NO3-诱导,且ZS97等位基因受诱导程度显著高于日本晴等位基因。2.通过分子标记辅助选择构建了 5个基因的近等基因系,分别命名为NIL-OsNR1、NIL-OsNADH-GOGAT1、NIL-OsAS2、NIL-OsGDH1和 NIL-OsGS1;1。在此基础上,通过回交和自交,辅以分子标记选择,进一步构建了聚合其中3-4个基因的聚合材料(PY1-PY5)。3.在NH4NO3和NO3-培养条件下,NIL-OsNR1的鲜重和干重等显著高于ZS97,表明OsNR1粳型等位基因表现出较高的NO3-利用效率。在NO3-培养条件下,NIL-OsNADH-GOGAT1的鲜重、干重及叶绿素含量显著高于ZS97,而在NH4+培养条件下,其叶绿素含量显著低于ZS97,表明OsNADH-GOGAT1粳型等位基因拥有较高的NO3-利用效率,以及较低的NH4+利用效率。NIL-OsAS2在NH4N03培养条件下,其鲜重显著高于ZS97,表明OsAS2粳型等位基因表现出较高的氮利用效率。分离群体分析显示,该基因也是影响单株产量的潜在基因。NIL-OsGDH1在3种氮源培养条件下,鲜重、干重、叶绿素含量等表型显著低于ZS97,表明OsGDH1粳型等位基因对氮的利用效率显著低于籼型等位基因。NIL-OsGS1;1在NH4+培养条件下,株高显著高于ZS97,表明OsGS1;1粳型等位基因拥有较高的NH4+利用效率。多基因聚合材料在3种氮源培养条件下,鲜重、干重、叶绿素含量、株高等多个表型均显著低于ZS97,表明聚合多个粳型氮代谢基因的ZS97背景的籼型材料的氮利用效率受到显著影响。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511
【部分图文】：

路线图,材料评价,路线图,近等基因系

图２－２近等基因系和基因聚合材料评价的技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ邋ｏｆ邋ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ邋ＮＩＬｓ邋ａｎｄ邋ｇｅｎｅ邋ｐｙｒａｍｉｄｉｎｇ邋ｌｉｎｅｓ逡逑２０逡逑

启动子区,核苷酸,单核苷酸

逦启动子区存在邋１７邋个邋ＳＮＰ，邋１邋个邋１０ｂｐ邋Ｉｎｄｅｌ，１邋个单逡逑核苷酸Ｉｎｄｅｌ邋（图３－１Ｂ）；N媳兀财舳忧嬖冢保犯觯樱危校澹备觯常担猓疱澹桑睿洌澹欤备龅ュ义虾塑账幔桑睿洌澹戾澹ㄍ迹常保茫诲纹舳忧嬖冢玻陡觯樱危校备觯玻保猓鸬模桑睿洌澹欤插义细龅ズ塑账幔桑睿洌澹戾澹ㄍ迹常桑模诲澹希螅牵祝舳忧嬖冢保父觯樱危校澹备龅ズ塑账幔桑睿洌澹戾义希ㄍ煎澹常保牛ｅ义希螅螅殄澹哄五伟隋义希辏浚椋驽澹哄澹蓿蓿蓿蓿纾樱樱蓿樱樱樱拢樱樱蓿蓿拢蓿樱椋樱樱樱Γ蓿樱樱蓿蓿樱蓿蓿蓿蓿樱蓿Γ樱樱樱樱椋樱樱樱樱椋樱蓿樱椋冢樱停樱樱樱樱椋欤蓿蓿樱椋樱蓿渝义希玻樱ぃ峰澹哄澹希姹模换醣唬椋肯嗌裆糘u货．Ｗ好相逡逑２Ｓ－？：【＾ＭｔｔＨｊｍ＾ｔｗｔｆｇｉｔｔｆｉＨＪＷｉｉＷＫＨｔａＢｓｓｉｆｆｉＨｔｓｆｆｉＳＢＫ＾ｉａｇｉＴＯＭｆｌｆｔｔｔｙｉ＾ｓｇｉ＾ｔｔｇｓｇｆｆｉ逦通ｔｔｔｗｆｆｇｆｆｉｆｃｏｇｔ：邋ｃ：；：：：ｌＡｊ＾Ｂａａａ逡逑ｂｉｆ邋：邋Ｂ＾２＾Ｓ５ＨＥＢＳＥＢＢｉＢＳｉ２２ＳＢ２３３ＢＥＢＳＢ：．＠＾＾？ｇｊ＠ＱＢＳｙｇ５ＳＳＳＢｆｆｌ３ＥＥ；Ｓ逡逑８１Ｐ邋：邋ＨＢＢＳ＾Ｊｉ＜：ＣＣＡＣＡＡＳＴＪＵｉＳＴＫＳＪｉＣＴＵｋＣＴＴＳＴＣＡｌＡＧＡ５＜２￥逡逑ｚｓｓ？邋：邋

比对分析,氮代谢,DNA序列,基因标记

ＯｓｉＶｉ４Ｚ）／／－ＧＯＧＪｎ、（９＾４５２、ＯｓＧＤ／／／、ａｓＧＳ７／７邋启动子区比对结果。逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋ＤＮＡ邋Ｓｅｑｕｅｎｃｅ邋ａｌｉｇｎｍｅｎｔ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｏｍｏｔｅｒ邋ｒｅｇｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋ｇｅｎｅｓ．邋Ａ，逡逑Ｂ，邋Ｃ，邋Ｄ，邋Ｅ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ邋ｔｈｅ邋ｐｒｏｍｏｔｅｒ邋ｒｅｇｉｏｎ邋ｏｆ邋ＯｓＮＲｌ，邋ＯｓＮＡＤＨ－ＧＯＧＡＴｌ，邋ＯｓＡＳ２，邋ＯｓＧＤＨｌ，邋ＯｓＧＳｌ；！，逡逑ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．逡逑３．２编码区序列比对分析和基因标记的开发逡逑通过ＤＮＡ序列和蛋白质序列比对可以得到：（１）邋ＯｓＡ＾ｉ在第１外显子存在１逡逑个非同义突变ＳＮＰ（ＺＳ９７为Ａ，日本晴为Ｇ），造成编码的氨基酸由Ｖａｌ邋（缬氨酸）逡逑变为ｌｉｅ（异亮氨酸），日本晴第１内含子存在１７ｂｐ的缺失，用来开发基因标记ＮＲ１－１逡逑（图３－２）；邋（２）邋ＯｙＧＷ／ｉ在第１１外显子存在非同义突变ＳＮＰ邋（ＺＳ９７为Ｇ，日本晴逡逑为Ａ），编码的氨基酸由Ｖａｌ变为ｌｉｅ，此外，日本晴在３’ＵＴＲ存在１０ｂｐ的缺失，用逡逑来开发基因标记ＧＳ１－１邋（图３－３）；邋（３）邋ＯｓＡ＾Ｄｉｆ－ＧＣＸ＾７７在第１、第３、第１３、第逡逑

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