水稻垩白基因OsBT1的图位克隆与功能研究

发布时间：2021-04-23 21:07

　　在谷类作物中淀粉含量占种子干重的60%-90%,对作物产量的形成具有重要意义。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,其比例影响稻米的品质及其商品价值。迄今已报道很多淀粉合成酶基因和其他调控因子,但对淀粉合成的分子机制仍然不完全清楚,因此,鉴定、解析新的参与淀粉合成的基因具有重要的科学意义。在本研究中,我们从日本晴组培过程中产生的突变体中筛选到了一个垩白突变体osbt1并开展了深入研究,结果如下:1.突变体brittle1（osbt1）稻米外观和理化品质发生了改变。稻米呈现出心白的表型;胚乳细胞中间部分淀粉颗粒变圆,排列疏松;总淀粉含量和直链淀粉含量分别降低了2.17%和2.45%,支链淀粉中短链增加,中长链减少;突变体淀粉的粘度值降低到野生型的68%;糊化温度降低了3℃;在3-4M的尿素溶液中淀粉的膨胀体积与野生型差异最明显。这些结果说明OsBT1基因对胚乳细胞中淀粉的合成很重要。2.突变体osbt1的胚乳细胞中复合淀粉颗粒的发育不正常。突变体胚乳细胞中存在大量散乱分布的单个淀粉颗粒和体积较小的淀粉颗粒;造粉体的膜结构在胚乳发育前期就开始降解,不能形成正常的复合淀粉颗粒。该结果说明OsBT1基... 

【文章来源】：中国农业科学院北京市

【文章页数】：94 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
英文缩略表
第一章 引言
    1.1 淀粉的生物合成
        1.1.1 淀粉的结构
        1.1.2 淀粉合成的分子机制
        1.1.3 淀粉合成前体ADPG的形成
        1.1.4 直链淀粉的合成
        1.1.5 支链淀粉的合成
        1.1.6 淀粉颗粒的起始
        1.1.7 淀粉颗粒膜结构的研究
        1.1.8 水稻胚乳中复合淀粉颗粒的形成
    1.2 淀粉生物合成的相关调控
        1.2.1 淀粉生物合成基因的表达调控
        1.2.2 淀粉合成相关酶的协同调节作用
        1.2.3 影响淀粉合成的其他基因
    1.3 淀粉合成与稻米品质的相关性研究
        1.3.1 淀粉合成与稻米的外观品质
        1.3.2 淀粉合成与稻米的蒸煮食味品质
    1.4 BTs蛋白的研究进展
        1.4.1 BTs蛋白结构分析
        1.4.2 BTs蛋白的分类
        1.4.3 BTs相关突变体
    1.5 本研究的目的和意义
第二章 水稻垩白突变体osbt1的表型鉴定
    2.1 材料与方法
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验方法
            2.1.2.1 种子千粒重的测定
            2.1.2.2 成熟种子自然横断面扫描电镜观察
            2.1.2.3 种子灌浆过程中干物质积累测定
            2.1.2.4 胚乳半薄切片制备及淀粉颗粒染色观察
            2.1.2.5 胚乳样品的透射电镜观察
            2.1.2.6 种子中总淀粉含量的测定
            2.1.2.7 直链淀粉含量的测定
            2.1.2.8 总蛋白含量的测定
            2.1.2.9 总脂肪含量的测定
            2.1.2.10 米粉支链淀粉链长分布测定
            2.1.2.11 RVA谱分析
            2.1.2.12 米粉的糊化温度测定
            2.1.2.13 米粉的尿素膨胀
    2.2 结果与分析
        2.2.1 osbt1突变体的胚乳中淀粉的合成存在明显的缺陷
        2.2.2 osbt1突变体的胚乳细胞中存在异常的复合淀粉颗粒
        2.2.3 osbt1突变体胚乳中淀粉的理化性质发生改变
    2.3 小结
        2.3.1 osbt1突变体表现垩白表型，胚乳中淀粉的合成存在明显的缺陷
        2.3.2 osbt1突变体胚乳细胞中存在异常的复合淀粉颗粒
        2.3.3 osbt1突变体胚乳淀粉的理化性质发生改变
第三章 OsBT1基因的图位克隆与功能互补
    3.1 材料与方法
        3.1.1 定位群体种植
        3.1.2 实验方法
            3.1.2.1 水稻叶片基因组DNA的提取（SDS法）
            3.1.2.2 PCR扩增
            3.1.2.3 PCR产物检测
            3.1.2.4 分子标记的筛选、开发和基因定位
            3.1.2.5 候选基因的预测和测序
            3.1.2.6 转基因载体的构建和遗传转化
            3.1.2.7 转基因阳性植株的鉴定
    3.2 结果与分析
        3.2.1 osbt1突变体的遗传分析
        3.2.2 OsBT1基因的图位克隆和候选基因鉴定
    3.3 小结
        3.3.1 OsBT1编码一个新的参与淀粉合成的关键基因
        3.3.2 OsBT1参与水稻胚乳中复合淀粉颗粒的形成
第四章 OsBT1功能分析
    4.1 材料与方法
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 RNA提取
        4.1.3 第一链cDNA的合成
        4.1.4 Real-time PCR
        4.1.5 OsBT1蛋白遗传进化树分析及其同源蛋白的氨基酸序列比对
        4.1.6 OsBT1蛋白结构域和三维结构预测
        4.1.7 GUS活性染色
        4.1.8 烟草表皮细胞瞬时侵染方法
        4.1.9 烟草原生质体分离及亚细胞定位
        4.1.10 淀粉活性胶染色及酶谱分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 OsBT1编码一个含有MCF结构域的膜蛋白
        4.2.2 OsBT1基因的组织表达模式分析
        4.2.3 OsBT1的亚细胞定位分析
        4.2.4 淀粉合成相关基因qRT-PCR分析及淀粉合成酶的活性检测
    4.3 小结
        4.3.1 OsBT1和其同源基因属于很保守的植物所特有的一类基因家族
        4.3.2 OsBT1在胚乳中特异表达
        4.3.3 OsBT1是一个质体定位蛋白
        4.3.4 OsBT1基因的突变影响淀粉合成相关基因的表达和相关酶的活性
第五章 全文结论与讨论
    1 OsBT1是一个新的调控淀粉合成的关键基因
    2 OsBT1参与水稻胚乳中复合淀粉颗粒的形成
    3 OsBT1在水稻胚乳中特异表达
    4 OsBT1编码一个ADPG转运蛋白
    5 OsBT1是一个质体定位蛋白
    6 OsBT1影响淀粉合成相关基因的表达和部分淀粉合成酶的活性
    7 本研究的创新之处
参考文献
附录
致谢
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]稻米蒸煮食味品质及其仪器分析的研究现状[J]. 韩金香,胡培松,焦桂爱,罗炬,邵高能,唐绍清.  中国稻米. 2009(02)
[2]稻米胶稠度测定影响因素的研究[J]. 李辉,戴常军,张瑞英,李宛,兰静,赵乃新.  粮食加工. 2007(05)
[3]水稻胚乳细胞淀粉质体被膜与其增殖的关系[J]. 韦存虚,蓝盛银,徐珍秀.  电子显微学报. 2002(02)
[4]稻米食味的研究与改良[J]. 吴关庭,李旭晨.  中国农学通报. 2000(06)
[5]食用稻米品质形成研究的现状与展望[J]. 黄发松,孙宗修,胡培松,唐绍清.  中国水稻科学. 1998(03)

博士论文
[1]水稻籽粒中调控造粉体发育关键基因FLO7的图位克隆和功能分析[D]. 张龙.南京农业大学 2015
[2]水稻籽粒中调控淀粉合成的关键基因FLO6的图位克隆和功能分析[D]. 彭城.南京农业大学 2013



本文编号：3156043