【摘要】：水稻是世界重要的糧食作物,也是植物基因組研究的模式植物。以收獲籽粒為目的的水稻生產(chǎn),其籽粒灌漿是生長發(fā)育過程中極為重要的階段,涉及復(fù)雜的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境互作,直接關(guān)系到水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。通過對(duì)水稻灌漿突變體的研究,挖掘控制水稻灌漿速率的新基因,對(duì)深入認(rèn)識(shí)水稻灌漿機(jī)理,細(xì)化水稻灌漿過程具有重要意義；也能加強(qiáng)對(duì)水稻籽粒灌漿過程中糖類代謝途徑生理因子和遺傳因子的認(rèn)知,更好地了解灌漿充實(shí)的內(nèi)在信息,并能促進(jìn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種的選育,達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的目的。本研究報(bào)道了宜香1B經(jīng)EMS誘變而獲得的一個(gè)水稻籽粒灌漿延長突變體gefl (grain extended filling 1),并主要對(duì)其進(jìn)行了農(nóng)藝性狀調(diào)查、生理生化特性測定、組織細(xì)胞學(xué)觀察、相關(guān)基因表達(dá)分析、遺傳分析以及基因定位等方面的研究。主要結(jié)果如下：1.通過對(duì)突變體gef1與野生型宜香1B的主要農(nóng)藝性狀及稻米品質(zhì)測定發(fā)現(xiàn),與野生型相比,突變體株高無明顯變化,但穗長縮短、結(jié)實(shí)率降低、每穗實(shí)粒數(shù)減少。在種子形態(tài)方面,突變體種子的粒長、粒寬和千粒重均增加,長寬比無明顯變化,且進(jìn)入灌漿期突變體籽粒穎殼外表面會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的深色斑點(diǎn)。在稻米品質(zhì)方面,與野生型相比,突變體gef1的出糙率無明顯變化,膠稠度、蛋白質(zhì)含量與整精米率顯著降低,堊白率和堊白度均增加,從而造成米粒透明度降低。2.通過組織細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),與野生型宜香1B相比,突變體gef1穗軸、倒一節(jié)間和倒二節(jié)間相同部位橫切面的大維管束的平均個(gè)數(shù)減少,兩者之間對(duì)應(yīng)部位大維管束個(gè)數(shù)差異變化幅度為2至7個(gè);穗軸壁和莖稈壁的厚度無明顯變化,髓腔面積略為減小。穎殼內(nèi)表皮電鏡掃描結(jié)果表明,與野生型比較,突變體穎殼內(nèi)表皮光滑,細(xì)胞細(xì)長且數(shù)目增多。淀粉體電鏡掃描結(jié)果顯示,突變體的淀粉體呈球形,排列松散；而野生型淀粉體呈無規(guī)則多邊形,排列緊密。3.水稻籽粒灌漿速率分析發(fā)現(xiàn),野生型宜香1B在花后0-18天處于快速灌漿期,大量的同化物被轉(zhuǎn)運(yùn)至穎果中,穎果干、鮮重持續(xù)增加；而突變體gef1的快速灌漿期維持有36天,并且其籽粒的灌漿速率明顯低于野生型。水稻穎果發(fā)育動(dòng)態(tài)分析表明,突變體gef1穎果前期發(fā)育緩慢,發(fā)育完全成形較野生型長約12天；突變體gef1從開花至種子成熟所經(jīng)歷的時(shí)間比野生型遲30天左右。4.生理指標(biāo)測定發(fā)現(xiàn),野生型宜香1B籽粒中的可溶性糖含量呈單峰曲線變化,且在整個(gè)發(fā)育過程中含量維持在較低水平；而突變體gef1籽粒中可溶性糖含量卻呈現(xiàn)雙峰趨勢(shì),且最大值明顯大于野生型。野生型籽粒中可溶性糖含量在受精15天后開始下降,而突變體籽粒中可溶性糖含量在受精25天后才開始下降,并且在花后25天之前,籽粒中可溶性糖的積累效率與含量明顯高于野生型。開花30天后,gef1籽粒中的可溶性糖含量又急劇增加,表明該時(shí)間段籽粒中可溶性糖的積累效率明顯高于淀粉的合成效率。突變體穎果葉綠素含量在開花40天后才開始急速下降,說明穎果表皮持綠時(shí)間較長,背部維管束能維持長時(shí)間的運(yùn)輸功能。5.通過糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),相比野生型,SUS3在突變體gef1灌漿初期的變化幅度不明顯,OsSSIIIa與SUS3類似,灌漿初期在gefl中的表達(dá)始終維持在某一較低水平,而在野生型中卻逐漸升高。此外,OsAGPL2與OSAGPS2b在突變體與野生型灌漿初期的表達(dá)存在明顯差異,在突變體中的表達(dá)均低于野生型,并且二者都呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。6.通過對(duì)gef1／宜香1B、gef1/02428和gefl/Kitaake雜交分析表明,三個(gè)組合的F1植株均表現(xiàn)正常,說明該突變性狀受隱性基因控制。三個(gè)雜交組合F_2群體中突變表型單株數(shù)與正常表型單株數(shù)的分離比均符合3：1,表明該突變性狀受一對(duì)單隱性核基因控制。7.以gef1/02428的F_2群體作為初定位群體,選取均勻分布于水稻12條染色體上的510對(duì)SSR標(biāo)記進(jìn)行親本間多態(tài)性分析,并采用BAS(bulk segregation analysis)法對(duì)混池進(jìn)行篩選。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在水稻第3染色體短臂的標(biāo)記RM5474、RM7576.A3-7和A3-8在DNA混池間存在多態(tài)性,且與目的基因較連鎖。為了進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行定位分析,利用在該區(qū)間內(nèi)尋找的SSR多態(tài)性標(biāo)記以及根據(jù)粳稻日本晴和秈稻9311序列進(jìn)一步設(shè)計(jì)的InDel標(biāo)記,最終將該基因定位在InDel3-1與InDel3-2之間,物理距離約為198Kb。該區(qū)間共有21個(gè)開放閱讀框,候選基因的進(jìn)一步鑒定工作正在進(jìn)行中。
[Abstract]:Rice is an important food crop in the world and a model plant for plant genome research. Grain filling is an extremely important stage in the process of rice growth and development for the purpose of harvesting grain. It involves complex genetic regulatory networks and environmental interactions, and directly affects the formation of rice yield and quality. The study of mutants and the discovery of new genes controlling rice grain filling rate are of great significance to understand rice grain filling mechanism and refine rice grain filling process; it can also strengthen the cognition of physiological and genetic factors of sugar metabolism pathway in rice grain filling process, better understand the inherent information of grain filling, and promote rice grain filling. In this study, a rice grain extended filling mutant Gefl (grain extended filling 1) was obtained from Yixiang 1B by EMS mutation, and its agronomic characters, physiological and biochemical characteristics, Histocytological observation and related gene expression were investigated. The main results were as follows: 1. The main agronomic traits and rice quality of mutant gef1 and wild type Yixiang 1B were determined. Compared with wild type, the mutant had no significant change in plant height, but shortened panicle length, reduced seed setting rate and reduced grain number per panicle. The grain length, grain width and 1000-grain weight of the mutant increased, but the ratio of length to width did not change significantly, and irregular dark spots appeared on the outer surface of the glume during grain filling. Compared with wild type Yixiang 1B, the average number of large vascular bundles in the same section between the first and second internodes of mutant gef1 decreased, and the difference of the number of large vascular bundles in the corresponding parts between them was 2-7. Compared with the wild type, the inner epidermis of the mutant glume was smooth, the cells were slender and the number of cells increased. The amyloplast of the mutant was spherical and loosely arranged, while the wild type was irregular. The analysis of grain filling rate showed that wild type Yixiang 1B was in rapid filling stage from 0 to 18 days after anthesis, a large number of assimilates were transported to caryopsis, caryopsis trunk and fresh weight continued to increase, while mutant gef1 maintained rapid filling period for 36 days, and its grain filling rate was significantly lower than that of wild type. Dynamics analysis showed that the mutant gef1 developed slowly at the early stage of Caryopsis and took about 12 days longer than the wild type, and the mutant gef1 experienced about 30 days later than the wild type. The content of soluble sugar in wild-type grains began to decrease after 15 days of fertilization, and the content of soluble sugar in mutant grains began to decrease after 25 days of fertilization, and then decreased after 25 days of anthesis. 30 days after flowering, the content of soluble sugar in gef1 grains increased sharply, indicating that the accumulation efficiency of soluble sugar in the grains was significantly higher than that of starch. The results showed that the expression of SUS3 in mutant gef1 was not significantly different from that in wild type. OsSSIIIa was similar to SUS3, and the expression of SUS3 in Gefl remained at a low level at the early filling stage. In addition, the expression of OsAGPL2 and OSAGPS2b in the mutant and wild type at the early filling stage was significantly different, and the expression of OsAGPL2 and OSAGPS2b in the mutant was lower than that in the wild type, and both of them showed a gradual increasing trend. 6. The results of gef1/Yixiang1B, gef1/02428 and gefl/Kitaake hybridization analysis showed that F1 of the three combinations was planted. The results showed that the mutant trait was controlled by recessive genes. The segregation ratios of single plant number of mutant phenotype and single plant number of normal phenotype in the three F_2 populations were all 3:1, indicating that the mutant trait was controlled by a pair of single recessive nuclear genes. 7. The F_2 population of gef1/02428 was selected as the initial population and evenly distributed in 12 rice. The results showed that the markers RM5474, RM7576.A3-7 and A3-8 on the short arm of chromosome 3 were polymorphic and linked to the target gene. Location analysis showed that the gene was located between InDel 3-1 and InDel 3-2 by using the SSR polymorphism markers searched in this region and further designed InDel markers based on the sequences of Japonica rice Nipponqing and Indica rice 9311. The physical distance was about 198Kb. There were 21 open reading frames in this region, and further identification of candidate genes was under way. Middle.
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S511

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本文編號(hào)：2198926