同源四倍体水稻中种子大小相关基因的表达研究

发布时间：2017-06-09 18:16

  本文关键词：同源四倍体水稻中种子大小相关基因的表达研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多倍化是植物进化的动力。多倍体通常分为异源多倍体和同源多倍体,同源多倍体基因组剂量增加通常会对基因的表达产生巨大的影响,从而影响到蛋白的表达,最终影响整个植株的性状。水稻是二倍体作物,通过人工染色体加倍可以获得同源四倍体水稻,与二倍体比较,四倍体水稻具有生长势强、籽粒大、茎粗、叶厚、叶片变长变宽、抗虫、抗病、抗旱能力强、生物量高等优势。通过研究四倍体水稻中种子大小相关基因的表达情况,分析倍性对基因表达的调控特点和规律,可以为分子育种提供依据。本实验以4个水稻品种Balilla、93-11、南京11和海天及其四倍体为材料,分析了6个调控种子大小基因(GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5)的表达情况,主要结果如下：1、对四套二倍体-同源四倍体水稻进行田间观察和农艺性状调查,发现它们表型差异极显著,比如,四倍体的茎秆变粗、剑叶变宽变长、叶的颜色加深、植株变高、籽粒变大、结实率降低等。一般情况下,四倍体与二倍体的高度差大约在5cm左右,而93-11和其对应四倍体株高相差约16cm。特别是在种子大小相关性状上,发现粒长(GL)、粒宽(GW)、长宽比(L/W)、籽粒表面积(GS)和籽粒周长(GC)这五个参数均存在极显著差异。同源四倍体的千粒重比二倍体增加31%-35%,籽粒长增加2-3cm、粒宽增加0.5cm左右等。2、通过电镜扫描观察Balilla和DBalilla幼穗发育二次枝梗形成期和雌雄蕊形成期,结果发现二倍体水稻和四倍体水稻幼穗的发育进程基本一致,确保了取材的准确性。3、通过Q-PCR技术分析6个主要控制种子大小基因在具有代表性的粳稻品种Balilla、籼稻品种93-11及其四倍体幼穗发育中的表达情况,结果发现：(1)在4n水稻中,与二倍体相比较,在同一幼穗发育时期,正调控基因表达上升,负调控基因表达下降,即分子水平的表达结果与种子大小表型一致。(2)部分基因的表达具有材料特异性。GW5在两对材料中均不表达,qGW8在Balilla中检测到发育早期沉默,而在93-11中则随发育时期表达上升。(3)多数基因的表达量随幼穗发育进程而变化,即具有表达时期特异性。在D93-11的幼穗发育初期,大多数基因的表达为上升趋势,到了第3、4期,表达为最高后,开始下降。而qGW8在整个发育时期,其表达水平一直呈上升趋势。(4)不同发育时期,不同的基因可能起主要调控作用。在幼穗发育1时期,负调控因子GW2、GS3在4n水稻D93-11中的表达下调较大,而正调节因子HGW、GS5和qGW8在4n水稻DBalilla中的表达远远高于2n水稻；在幼穗发育3时期,GS3在4n水稻D93-11中表达量最高,可能为主效基因；在幼穗发育5时期,qGW8在4n水稻D93-11中表达量最高,可能为主效基因。表明在不同的发育时期,可能由不同的基因发挥主要的调控作用。4、通过转基因实验来验证基因过表达对种子大小的调控：在Balilla (2n)中过表达负调控基因GW2,然后获得28棵转基因植株。对这些转基因植株的标记(hyg)进行检测,可扩增出约800bp的目标片段,证明该基因已经转入植株中。对该基因进行Q-PCR表达差异检测,发现该基因的表达量变化为：Balilla (2n) TBalilla (2n)DBalilla (4n) (128.054.717.44)而相应的植株的种子大小：Balilla (2n) T Balilla (2n) DBalilla (4n)(粒宽分别为2.95cm3.61cm3.73cm,千粒重分别为22.3g31.82g49.41g)。该结果表明负调控基因GW2的表达变化与种子大小相一致。综上所述,同源四倍体水稻种子大小相关基因的表达与倍性、发育时期及基因的功能有关,暗示我们可以通过控制种子大小基因(不同发育时期的主要调控基因)的表达,实现增大二倍体水稻种子的愿望,从而为我国水稻增产提供新的资源或者途径。
【关键词】：水稻 四倍体 种子大小 发育 剂量效应
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一部分 文献综述12-26
• 1 植物中多倍化的研究综述12-18
• 1.1 植物多倍体的形成12-14
• 1.1.1 同源四倍体水稻的研究13-14
• 1.2 同源多倍体DNA和基因表达的变化14-17
• 1.2.1 同源多倍化对DNA含量的影响14-15
• 1.2.2 同源多倍化后的基因表达模式15-17
• 1.2.2.1 同源多倍化后对基因表达的影响15-16
• 1.2.2.2 同源多倍化后基因表达的调控机制16-17
• 1.3 基因剂量效应在植物育种和进化上的影响17-18
• 1.3.1 基因剂量效应与数量性状的关系17-18
• 1.3.2 基因剂量效应与发育过程的关系18
• 2 水稻产量相关基因的研究综述18-25
• 2.1 籽粒大小相关基因的研究21-22
• 2.2 粒重相关基因的研究22-24
• 2.3 6个基因之间的互作24
• 2.4 其他水稻粒型相关基因的研究24-25
• 3 目的与意义25-26
• 第二部分 材料和方法26-39
• 1 材料26-29
• 1.1 实验材料、菌株和克隆载体26-27
• 1.2 主要试剂、试剂盒和仪器27-28
• 1.3 培养基28-29
• 2 实验方法29-39
• 2.1 表型分析29-30
• 2.2 基因的表达分析30-33
• 2.2.1 水稻幼穗材料的准备30
• 2.2.2 RNA的提取与纯化30-31
• 2.2.3 第一链cDNA的合成31-32
• 2.2.4 qRT-PCR检测32-33
• 2.3 转基因分析33-39
• 2.3.1 GW2基因的克隆33-35
• 2.3.1.1 GW2基因的扩增33-34
• 2.3.1.2 PCR扩增产物的电泳检测及胶回收34
• 2.3.1.3 连接、转化、阳性克隆的筛选和检测34-35
• 2.3.2 GW2植物超表达载体的构建、遗传转化及阳性植株的鉴定35-39
• 2.3.2.1 GW2植物超表达载体的构建35-36
• 2.3.2.2 农杆菌介导的水稻愈伤组织的遗传转化36-37
• 2.3.2.3 阳性转基因植株的鉴定37-39
• 第三部分 结果与分析39-51
• 1. 水稻四倍化后对农艺性状的影响39-42
• 2. 基因GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5在不同基因组剂量中的表达分析42-46
• 2.1 基因表达具有材料特异性43-44
• 2.2 基因表达具有发育时期特异性44
• 2.3 不同时期,存在不同的主效基因44
• 2.4 分子水平的表达结果与种子表型一致44-46
• 3. GW2的过表达对Balilla(2n)的种子大小的影响46-51
• 3.1 过表达载体构建46-47
• 3.2 愈伤组织的诱导侵染与分化再生47-48
• 3.3 转基因植株的分子鉴定48
• 3.4 转基因植株中GW2表达水平的检测48-49
• 3.5 转基因植株籽粒的农艺性状考察49-51
• 第四部分 讨论与结论51-54
• 1 5个基因对调控种子大小的贡献不同51-52
• 2 基因的表达具有时期特异性和材料特异性52-53
• 3 过表达技术在水稻育种上的推广53-54
• 参考文献54-62
• 致谢62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曲志才;;单基因座上各种同源四倍体基因的理论分离比[J];生物学教学;2008年12期

2 黄群策,梁秋霞,李玉峰,余增亮;低能氮离子注入同源四倍体水稻的生物学效应[J];激光生物学报;2003年05期

3 李红;杨岚;向增旭;;甜叶菊同源四倍体离体诱导及鉴定[J];西北植物学报;2012年08期

4 余诞年;同源四倍体的自交和遗传平衡[J];遗传学报;1979年01期

5 余诞年;同源四倍体群体的自交和遗传平衡[J];遗传学报;1980年01期

6 仲裕泉,徐杰,薛淑伦,朱凤绥;同源四倍体大麦的N-带[J];江苏农业学报;1985年03期

7 罗耀武;;同源四倍体的连锁遗传[J];河北农业大学学报;1988年04期

8 凌祖铭;吴宣福;余炳生;;同源四倍体水稻与玉米、高梁杂交的细胞胚胎学观察(简报)[J];北京农业大学学报;1992年01期

9 张华华;刘向东;卢永根;冯九焕;;同源四倍体水稻受精与胚胎形成过程的观察[J];激光生物学报;2006年01期

10 刘玉花;栾丽;陈英;龙文波;涂升斌;孔繁伦;何涛;;同源四倍体水稻亲本材料的结实研究[J];应用与环境生物学报;2007年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄群策;;利用超低能离子束生物技术改良同源四倍体水稻的进展[A];全国作物生物技术与诱变技术学术研讨会论文摘要集[C];2005年

2 黄群策;李玉峰;;离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点[A];中国作物学会2007年全国作物遗传育种学术研讨会论文集[C];2007年

3 房三虎;李亚娟;卢永根;李金泉;刘向东;;同源四倍体水稻主要农艺性状杂种优势分析[A];中国作物学会2007年全国作物遗传育种学术研讨会论文集[C];2007年

4 黄群策;;利用离子束生物技术改良同源四倍体水稻的研究进展[A];中国遗传学会“第十一届全国激光生物学学术会议”暨《激光生物学报》创刊廿周年庆祝会、第十届粤港生物物理研讨会暨2012年广东生物物理学术年会会议资料[C];2012年

5 章崇玲;张华华;刘向东;;水稻同源四倍体与二倍体花粉发育的比较研究[A];中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编（1933—2003）[C];2003年

6 李玉峰;黄群策;梁运章;;离子注入对同源四倍体水稻组织培养体系的影响[A];全国作物生物技术与诱变技术学术研讨会论文摘要集[C];2005年

7 代西梅;黄群策;杨旭;秦广雍;;离子注入对同源四倍体水稻生殖发育的影响[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年

8 孙成振;李英;张蜀宁;郑金双;侯喜林;;同源四倍体白菜与同源四倍体萝卜远缘杂交研究[A];中国园艺学会2011年学术年会论文摘要集[C];2011年

9 何金华;程杏安;刘向东;;同源四倍体水稻亚种间杂种F_1花粉母细胞减数分裂染色体构型及异常行为[A];中国细胞生物学学会第九次会员代表大会暨青年学术大会论文摘要集[C];2007年

10 张晓青;钱春桃;陈劲枫;;黄瓜同源四倍体的创制及不同倍性材料的相关研究[A];江苏省遗传学会植物分子育种学术研讨会论文摘要汇编[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 孟华兵;白菜型油菜同源四倍体与二倍体之间盐和镉胁迫耐性的差异及其分子机理[D];浙江大学;2010年

2 路超;同源四倍体刺槐花序变异表型观察研究[D];北京林业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐丽娟;优质同源四倍体不结球白菜的创制及抗热性研究[D];南京农业大学;2014年

2 崔晓云;同源四倍体水稻中种子大小相关基因的表达研究[D];四川农业大学;2015年

3 李红;甜叶菊同源四倍体种质创新及生物学特性比较[D];南京农业大学;2013年

4 郑小刚;同源四倍体和异源四倍体的比较研究[D];兰州大学;2010年

5 莫海萍;利用组织培养诱导罗汉果同源四倍体[D];广西师范大学;2004年

6 刘玉花;同源四倍体与二倍体水稻的遗传差异及产量、品质性状研究[D];中国科学院研究生院（成都生物研究所）;2007年

7 谢慧波;同源四倍体水稻的诱导及其胚乳蛋白差异表达结果的初步研究[D];郑州大学;2007年

8 周堂英;粉葛（Pueraria thomsonii Benth.）组织培养体系的建立及同源四倍体新种质的培育[D];西南农业大学;2005年

9 吴志刚;番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）同源四倍体离体诱导研究[D];西南大学;2007年

10 张延辉;拟南芥同源四倍体同源重组相关基因的表达及其编码蛋白质生物信息学的分析[D];郑州大学;2014年

  本文关键词：同源四倍体水稻中种子大小相关基因的表达研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：436297