遗传背景对水稻DEP1功能的影响及与IPA1的聚合效应

发布时间：2020-11-12 15:19

　　 株型改良一直是水稻提高产量潜力的重要途径,随着分子生物学的发展,水稻中许多株型性状的相关基因被相继克隆。在这些基因中,直立穗型基因DEP1增加枝梗数和每穗粒数,提高氮素利用效率,在北方粳稻育种中得到了广泛应用。而理想株型基因IPA1的主要特征是分蘖少、没有无效分蘖、茎秆粗壮、穗大粒多。遗传背景对DEP1功能的影响及其与IPA1的相互作用,是水稻株型改良值得深入研究的问题。研究结果如下:1.以直立穗型等位基因dep1构建35S过表达载体,经农杆菌介导法转化至水稻秋田小町和辽粳5号中,育成秋田小町背景下dep1转基因系及辽粳5号背景下dep1转基因系,并对其株型、叶面积、生理指标、物质生产及产量等指标进行测定。由于dep1基因的过表达,秋田小町背景下ox-dep1与野生型相比,在齐穗期20天后株高显著降低;剑叶长、倒2叶长、倒3叶长均显著下降,剑叶宽下降、倒2叶宽显著增加、倒3叶宽均显著下降;穗颈弯曲度显著下降;剑叶角、倒2叶角、倒3叶角减小;SPAD值增加;氮平衡指数增加;产量提高。但在辽粳5号背景下,转基因水稻株高呈上升趋势,只有LD4植株株高下降;SPAD、氮平衡指数在始穗期前25天均高于野生型辽粳5号;产量明显提高。不同遗传背景中,dep1基因功能的表达受遗传背景的影响,在不同背景中各别表型出现差异,甚至是截然相反,例如:秋田小町背景下ox-dep1转基因系株高呈下降趋势,但辽粳5号背景下ox-dep1转基因系株高呈上升趋势;秋田小町背景下粒宽降低,在辽粳5号背景下粒宽增加。秋田小町背景下ox-dep1转基因系剑叶长、倒2叶长、倒3叶长均显著下降;辽粳5号背景dep1转基因系LD1剑叶长显著下降,LD3、LD4转基因系倒2叶长显著下降,LD2、LD3、LD4、LD5转基因系倒3叶长显著下降。2.分别构建dep1转基因系和丰锦背景下ipa1转基因系,以丰锦背景下dep1转基因系和丰锦背景下ipa1转基因系作为双亲,杂交得到dep1基因与ipa1基因聚合系。dep1转基因株系株高显著低于丰锦,ipa1转基因系的株高略低于丰锦;基因聚合系在拔节期20d前显著低于丰锦,20d后株高显著高于丰锦及其双亲丰锦背景下dep1转基因系、丰锦背景下ipa1转基因系。丰锦背景下dep1转基因系、ipa1转基因系、聚合系亲本剑叶、倒2叶、倒3叶叶长变长,叶宽变窄。dep1转基因株系的穗颈弯曲度显著降低、剑叶角显著降低、倒2叶夹角显著下降、dep1转基因株系的倒3叶夹角下降。ipa1转基因系的穗颈弯曲度显著增加,剑叶角显著降低,ipa1转基因株系的倒2叶夹角显著下降,ipa1转基因株系的倒3叶夹角下降。基因聚合系的穗颈弯曲度降低,剑叶角增加,基因聚合系的倒2叶夹角显著下降,基因聚合系的倒3叶夹角下降。丰锦背景下dep1转基因系、丰锦背景下ipa1转基因系的叶面积指数显著降低,基因聚合系叶面积指数略低于野生型丰锦,但显著高于双亲丰锦背景下dep1转基因系、丰锦背景下ipa1转基因系。dep1转基因株系的SPAD提高,丰锦背景下ipa1转基因系的SPAD值在始穗期25d至始穗期后35d期间低于野生型丰锦,其余时间均高于野生型丰锦。基因聚合系SPAD值高于野生型丰锦及双亲丰锦背景下dep1转基因系、丰锦背景下ipa1转基因系。基因聚合系氮平衡指数显著高于两个亲本转基因株系及野生型丰锦,丰锦背景下dep1转基因系氮平衡指数显著高于野生型丰锦,丰锦背景下ipa1转基因系略高于野生型丰锦。基因聚合系生物量升高,但经济系数降低;单株产量高于野生型及双亲,每穴穗数、结实率、千粒重降低,但每穗粒数升高。将两个粳稻育种中广泛应用两个优势基因聚合到粳稻丰锦中,得到的基因聚合系表型为双亲表型的组合,且优于亲本及野生型,呈现出少蘖,壮秆,大穗、直立穗,株型紧凑且产量增加,为水稻高产、超高产分子育种提供理论基础及实践依据。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511
【部分图文】：

图 2-1 基因聚合系表型变化Figure 2-1 Phenotypic changes in gene polymerization图 2-2 基因聚合系基因型检测Figure 2-2 Gene polymerization genotype detection计在辽宁省沈阳市沈阳农业大学水稻研究所(SY N41°, E123°) 北试验用土为砂壤土，肥力中等，引井水灌溉。供试材料采用秧苗250bp750bp

图 2-2 基因聚合系基因型检测Figure 2-2 Gene polymerization genotype detection辽宁省沈阳市沈阳农业大学水稻研究所(SY N41°, E123°验用土为砂壤土，肥力中等，引井水灌溉。供试材料采用秧2018 年生长季。播种时期是 4 月 17 日，5 月 24 日插秧。试设三次重复。栽培方法和田间管理模仿当地的生产田。常

图 3-1 秋田小町背景下过表达 dep1 基因对水稻株高的影响1 Effect of overexpression of dep1 gene on rice plant height in the background ofAkita 图 3-1 可知，在秋田小町背景下，ox-dep1 转基因系与野生型秋田小町相降低。
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本文编号：2880900