水稻雄性不育突变体D60和黄绿叶突变体5043ys的遗传分析与基因定位

发布时间：2020-11-05 16:31

　　 在自然环境中,开花植物的雄性不育突变以及高等植物的叶色突变都是比较常见的现象。植物中的雄性不育现象往往表现为植物自身的雄性生殖系统不能产生有生殖能力的花粉或者精子,但其雌性生殖系统却能够正常发育,并且能够接纳正常花粉完成受精结实过程,产生这种现象的原因通常是其雄性生殖器官发育不正常或者完全或部分退化。植物的叶色突变体同时也被叫做叶绿素缺失突变体,那是因为导致其叶色发生变异的突变基因往往是直接或者间接的影响了植物叶片或茎干中叶绿素的合成或者降解,从而改变其叶绿素含量。近年来,对水稻雄性不育和叶色突变的分子机理研究取得了很大的进展,同时,这两类突变材料在生产实际中的潜在利用价值也越来越受到人们的重视。本研究中通过EMS化学诱变冈46B(G46B)种子,获得了一份雄性不育突变体,编号为D60,该突变体的花药外观呈乳白色、瘦小、不散粉、花粉囊内无花粉产生,该突变体的不育突变类型属于典型的无花粉型雄性不育类型。与其野生型相比,该突变体株高降低了13.9%、单穗着粒数减少了13.5%、穗伸出度降低了245.2%,而且其自交结实率为0,在以上这几个主要农艺性状上,突变体与野生型差异显著。遗传分析结果显示,D60水稻雄性不育突变体的不育性状是由1对核基因控制,且该突变基因为隐性基因。以D60/中花11的F2为目标基因定位群体,运用分子标记技术等对目标基因进行定位,结果发现水稻第12号染色体上的SSR标记RM247和InDel标记C9与该不育基因存在连锁关系,突变基因与两个标记间的遗传距离分别为18.6 cM和13.0 cM。经进一步的定位结果显示,目标基因位于后期设计的InDel标记C4与C6之间,这个两个标记均位于水稻第12染色体的长臂上,遗传距离分别为0.7 cM和0.2 cM。C4和C5标记将该突变基因界定在一个约1.7Mb的染色体区域内,该区域包含一个已经克隆的雄性不育基因mmil2,且该基因靠近标记C5一侧,这个mil2突变体雄性不育性状与D60突变体的性状很相似,故认为D60所携带的突变基因可能是mmil2基因的等位突变基因,但该结论有待进一步的实验证实。5043ys叶色突变体是利用EMS化学诱变剂诱变日本晴(Nipponbare)种子而获得的一个水稻突变体,该突变体在苗期表现为亮黄色,在生育后期逐渐转为黄绿叶色。5043ys突变体与其野生型相比,在株高和结实率上两者存在显著差异,其株高比野生型下降了15.1%,结实率降低了9.6%。突变体与野生型不同时期的光合色素含量差异也十分显著：苗期时,突变体的叶绿素a含量为野生型的35.48%、叶绿素b含量为野生型的30.79%；抽穗期时,突变体的叶色差异与其野生型间有所缩小,其叶绿素a含量为野生型的61.14%,叶绿素b含量为野生型的48.94%。对5043ys突变体的叶绿体进行透射电镜观察发现,该突变体的大多数叶绿体形状不规则,且内部含有大量的囊泡状结构,基粒片层垛叠数有所减少。遗传分析结果显示,5043ys突变体的突变性状也是由一对核基因控制的,且该基因也为隐性的。利用5043ys突变体／明恢63的F2作为定位群体,将该突变基因定位在水稻第8号染色体长臂上的SSR标记RM502和InDel标记YS3之间,与这两个引物的遗传距离分别为0.6 cM和0.2 cM,该区域的物理距离约为102.5 kb,此区间包含14个预测基因。与现在已报道的水稻叶色突变基因对比,基本可以推断5043ys突变体所包含的突变基因是一个尚未报道的水稻叶色突变基因,暂时将其命名为5043ys(t)。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S511
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1 雄性不育突变相关研究进展
        1.1 雄性不育突变体的来源和分类
            1.1.1 雄性不育突变体的来源
                1.1.1.1 自然突变
                1.1.1.2 诱发突变
            1.1.2 雄性不育突变体的分类
                1.1.2.1 细胞核雄性不育
                1.1.2.2 核质互作雄性不育
        1.2 雄性不育突变体的细胞学研究
            1.2.1 正常花粉发育的过程
            1.2.2 雄性不育突变体的花粉败育时期及特性
        1.3 雄性不育突变体的生理生化研究
            1.3.1 绒毡层发育及其对花粉发育的影响
            1.3.2 胼胝质与小孢子发育
            1.3.3 不对称分裂和细胞命运的决定与花粉发育
        1.4 雄性不育的分子生物学研究进展
            1.4.1 雄性不育与绒毡层发育相关基因
            1.4.2 雄性不育与减数分裂相关基因
            1.4.3 雄性不育与花粉囊壁蜡质形成相关基因
            1.4.4 雄性不育与小孢子母细胞发育相关基因
        1.5 水稻雄性核不育基因的定位与克隆
        1.6 雄性不育突变体的应用
            1.6.1 雄性不育突变体在杂种优势利用中的应用
            1.6.2 雄性不育突变体在轮回育种中的应用
    2 叶色突变相关研究
        2.1 叶色突变体的来源
        2.2 叶色突变体的分类
        2.3 叶色突变体的遗传规律
        2.4 叶色突变体的生理生化研究进展
            2.4.1 叶色突变体的表型与叶绿素的关系
            2.4.2 叶色突变体的叶绿体结构
            2.4.3 叶色突变体与叶绿体蛋白质合成
            2.4.4 叶色突变体与叶绿素的降解
        2.5 叶色突变体的分子机理研究进展
            2.5.1 叶绿素合成受阻
            2.5.2 叶绿体蛋白转运受阻
            2.5.3 叶绿体分化与发育受阻
            2.5.4 质-核信号传导途径受阻
        2.6 水稻叶色突变体的基因定位与克隆
        2.7 叶色突变体的应用
            2.7.1 叶色突变体在基础研究中的作用
            2.7.2 叶色突变体在生产实际中的应用
    3 开题设想及本研究的目的和意义
第二章 水稻雄性不育突变体D60的遗传分析及基因定位
    1 材料与方法
        1.1 实验材料
        1.2 实验方法
            1.2.1 田间实验与主要农艺性状调查
            1.2.2 材料育性调查
            1.2.3 遗传分析和定位群体构建
            1.2.4 水稻总DNA的提取
            1.2.5 分子标记分析与遗传图谱构建
                1.2.5.1 PCR扩增
                1.2.5.2 PCR产物电泳
    2 结果与分析
        2.1 D60突变体的表型特征、主要农艺性状与花粉育性
        2.2 D60雄性不育基因的遗传分析
        2.3 D60雄性不育基因的分子标记定位
    3 讨论
        3.1 突变体的表型
        3.2 突变基因可能是M/L2基因的等位突变基因
        3.3 MIL2基因控制水稻绒粘层发育
        3.4 突变体在水稻育种应用上的潜在价值
第三章 水稻叶色突变体5043ys的遗传分析与基因定位
    1 材料与方法
        1.1 实验材料
        1.2 实验方法
            1.2.1 田间实验与主要农艺性状调查
            1.2.2 叶绿素含量测定
            1.2.3 叶绿体电镜样品的制备与观察
            1.2.4 定位群体构建
            1.2.5 总DNA的提取
            1.2.6 分子标记分析与遗传图谱构建
    2 结果与分析
        2.1 突变体的形态特征及主要农艺性状表现
        2.2 突变体的光合色素
        2.3 透射电子显微镜分析
        2.4 突变性状的遗传分析
        2.5 突变基因的分子标记定位
    3 讨论
        3.1 水稻叶色突变性状的遗传
        3.2 水稻叶色突变性状的生理变化
        3.3 水稻叶色突变体叶绿体结构的变化
        3.4 水稻叶色基因的定位与克隆
第四章 全文总结
    1 雄性不育突变体D60
    2 叶色突变体5043ys
参考文献
致谢

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