本文選題：水稻 + 脆稈��； 參考：《浙江大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：莖稈強度作為一種重要的農(nóng)藝性狀,與植株的抗倒性密切相關(guān)。已有的研究表明,引起水稻倒伏的主要原因是莖稈機械強度不足。作為植株骨架的細胞壁,其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量與植株的機械強度密切相關(guān)。脆稈突變體屬于一類纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量改變,莖稈機械強度降低的突變體,可作為研究水稻莖稈強度和抗倒伏機理的重要材料。同時,由于脆稈突變體細胞壁的獨特構(gòu)成,其有可能成為一種新型牧業(yè)飼料和合成燃料乙醇的原料。目前,在水稻中已發(fā)現(xiàn)了多個脆稈突變體,相關(guān)脆稈基因如BC1-8、 BC10-12、BC14-15等參與了纖維素的代謝,現(xiàn)多數(shù)已被精細定位和克隆。因此,深入開展水稻脆稈突變體的分子機理研究,有助于進一步揭示植株機械強度變化機理,在水稻育種中具有重要的理論和實際意義。本研究利用日本晴經(jīng)EMS(甲基磺酸乙酯)誘變處理后獲得的一個脆稈突變體,命名為bc16(brittle culm16),進行了脆稈性狀的的遺傳分析和基因的精細定位。主要結(jié)果如下：1.突變體bc16莖稈和葉片的脆性在苗期就能表現(xiàn),且具有株高變矮、主根和穗長變短、穗粒數(shù)減少、抽穗和成熟期推遲等特點。2.在莖稈細胞壁成分方面,突變體bc16的莖稈纖維素含量比野生型降低36.9%,而半纖維素含量則增加了23.6%,木質(zhì)素含量在兩者之間差異不明顯。3.倒置熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),突變體bc16的薄壁細胞形狀無規(guī)則、排列紊亂,表皮層下厚壁組織的細胞壁比野生型要薄。透射電鏡下觀察到突變體bc16厚壁細胞次生壁和薄壁細胞壁的厚度也要比野生型薄。4.突變體bc16與野生型日本晴雜交的遺傳分析表明,在F2中正常株與突變株分別為120株和38株,χ2=0.08χ；05=3.84,符合3：1的比例,說明突變體bc16的脆稈性狀受一對隱性基因控制。5.利用圖位克隆的方法,bc16基因初定位于Indel標(biāo)記2-B和2-E之間,精細定位于水稻第2號染色體長臂端Indel標(biāo)記2-F和2-H間66.6Kb的物理區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間共有7個候選基因,其中Os0冶0738900參與次生壁纖維素合成,認為是bc16最佳候選基因。測序結(jié)果表明,bc16突變體中的Os02g0738900基因從ATG開始第5113位,在第13內(nèi)含子近末端發(fā)生了T→A的置換,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過程中該內(nèi)含子末端6個核苷酸被剪切到：mRNA中,最終導(dǎo)致翻譯提前終止。實時熒光定量PCR結(jié)果表明Os02g0738900基因在bc16脆稈突變體根、莖、葉中的表達量降低。bc16基因可能是通過調(diào)控厚壁組織次生細胞壁和薄壁細胞初生壁的合成來影響水稻的莖稈脆性。
[Abstract]:As an important agronomic trait, stem strength is closely related to plant toppling resistance.Previous studies have shown that the main cause of rice lodging is the lack of mechanical strength of the stem.The contents of cellulose, hemicellulose and lignin in the cell wall of the plant skeleton were closely related to the mechanical strength of the plant.Brittle culm mutants belong to a class of cellulose, hemicellulose and lignin mutants, which can be used as important materials for studying the mechanism of rice stem strength and lodging resistance.At the same time, because of the unique cell wall composition of brittle culm mutants, it may become a new type of animal husbandry feed and fuel ethanol raw materials.At present, several brittle culm mutants have been found in rice. The related brittle culm genes, such as BC1-8, BC10-12, BC14-15, are involved in the metabolism of cellulose, and most of them have been mapped and cloned.Therefore, the further study of molecular mechanism of rice brittleness mutant is helpful to reveal the mechanism of plant mechanical strength change, and has important theoretical and practical significance in rice breeding.In this study, a brittle culm mutant named bc16(brittle culm 16 was obtained by EMS-induced mutagenesis. Genetic analysis and gene fine mapping of brittle culm traits were carried out.The main results are as follows: 1.The brittleness of the stem and leaf of the mutant bc16 showed that the plant height became shorter, the main root and ear length became shorter, the number of grains per ear decreased, and the heading and ripening stages were delayed.In terms of cell wall composition of stem, the content of cellulose in stem of mutant bc16 was 36.9% lower than that of wild type, while the content of hemicellulose increased 23.6.The lignin content was not significantly different between the two.Inverted fluorescence microscopy showed that the parenchyma of mutant bc16 was irregular in shape and disordered in arrangement. The cell wall of thick wall tissue in the epidermis was thinner than that in the wild type.The thickness of secondary wall and parenchyma cell wall of bc16 mutant was also thinner than that of wild type.The genetic analysis of bc16 and wild-type Japanese fine hybridization showed that there were 120 and 38 normal plants and 38 mutant plants in F2, 蠂 2 0.08 蠂 ~ (5) 5 ~ (5), which was in accordance with the 3:1 ratio, indicating that the brittleness of mutant bc16 was controlled by a pair of recessive genes.Using the method of map cloning, the gene of bc16 was initially located between Indel markers 2-B and 2-E, and fine located in the physical interval of 66.6Kb between 2-F and 2-H labeled by Indel at the long arm of chromosome 2 in rice (Oryza sativa L.).There are 7 candidate genes in this region, in which Os0 Metallurgy 0738900 is involved in the synthesis of secondary wall cellulose, which is considered to be the best candidate gene for bc16.The sequencing results showed that the Os02g0738900 gene in the mutant was located at 5113 from ATG, and the replacement of TIA at the proximal end of intron 13 resulted in 6 nucleotides at the end of the intron being cut into ATG during transcription.Finally, it leads to the early termination of translation.The results of real-time fluorescence quantitative PCR showed that the decrease of Os02g0738900 gene expression in root, stem and leaf of bc16 brittle-stem mutant. Bc16 gene may affect the brittleness of rice stem by regulating the synthesis of secondary cell wall and primary wall of parenchyma in thick wall tissue.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511

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本文編號：1743093