本文關(guān)鍵詞：一個水稻顯性卷葉突變體的遺傳分析與基因定位

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【摘要】：水稻是世界上最重要的糧食作物之一,提高水稻產(chǎn)量對于解決人類溫飽問題具有重要的意義。葉片是水稻主要的光合作用器官,是水稻株型育種的重要組成部分。研究表明,葉片適度卷曲有利于植株葉片保持直立不披垂,增加中、下層葉片透光率,從而改善群體光照條件,可為產(chǎn)量的提高奠定良好株型基礎(chǔ)。本研究以甲基磺酸乙酯(Ethylmethylsulfone,EMS)誘變粳稻日本晴獲得的一個遺傳穩(wěn)定的顯性卷葉突變體70-36為材料,從遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)及生理生化等方面分析該突變體的特性,并對其突變座位進(jìn)行分子標(biāo)記定位分析,然后進(jìn)行候選基因的遴選及卷葉機(jī)理的探討,取得的主要結(jié)果如下:從六葉期開始,突變體70-36植株的葉片表現(xiàn)與野生型日本晴顯著不同,其葉片呈現(xiàn)內(nèi)卷、且該卷葉特性在后續(xù)生育期中一直維持。與野生型相比,突變體植株倒1葉及倒2葉的卷曲度均增加約49%,葉長分別增加約23%和38%,葉寬分別增加約13%和14%,另外株高和百粒重也分別增加約19%和8%,但結(jié)實率和有效分蘗數(shù)卻分別降低29%和13%。對孕穗期劍葉進(jìn)行徒手切片和半薄切片觀察,研究表明,突變體葉片的維管束發(fā)育從六葉期開始表現(xiàn)異常:與野生型相比,突變體葉片不僅中脈和側(cè)脈部分維管束遠(yuǎn)軸面的厚壁組織發(fā)育存在缺陷,而且中脈上的小維管束數(shù)目也增多。利用透射電鏡進(jìn)一步觀察,發(fā)現(xiàn)突變體葉片維管束的遠(yuǎn)軸面厚壁組織中細(xì)胞壁厚度比野生型明顯減少。利用傅立葉變換紅外光譜法(fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)對孕穗期劍葉中脈的細(xì)胞壁成份進(jìn)行分析,結(jié)果表明突變體葉片中脈的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量均比野生型明顯降低。利用分光光度法測定孕穗期劍葉的葉綠素和類胡蘿卜素含量,結(jié)果表明突變體葉片中葉綠素a含量比野生型增加約12.5%,而其它色素含量無變化。以卷葉突變體70-36為母本,與葉片正常的廣親和品種粳秈89雜交,得到的F1代植株葉片呈現(xiàn)與70-36相似的卷葉特性,在F2代群體中,卷葉植株與平展葉植株的比例為3.20:1(χ2=0.47χ20.05=3.84),完全符合一對等位基因的孟德爾分離比例,此結(jié)果表明70-36突變體的卷葉特性受單一顯性基因控制。利用F2分離群體中的164個隱性單株(平展葉)進(jìn)行分子標(biāo)記定位分析,將卷葉座位定位于水稻第3染色體上Ind3和Ind6兩個標(biāo)記之間約1.7 Mb的區(qū)域。通過測序分析,在定位區(qū)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)70-36中有4個基因,即Os03g0386000、Os03g0389100、Os03g0389900和Os03g0395100的序列存在堿基變異。對這4個基因的表達(dá)量進(jìn)行熒光定量PCR(qRT-PCR)分析,發(fā)現(xiàn)五葉期Os03g0395100基因的表達(dá)量比野生型顯著增加,而其余基因表達(dá)量無顯著變化,因此將Os03g0395100作為70-36卷葉突變體的候選基因。轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)分析的結(jié)果表明,突變體與野生型間共存在207個顯著差異表達(dá)基因,其中上調(diào)表達(dá)的基因162個,下調(diào)表達(dá)的基因共45個。對這些顯著差異表達(dá)基因進(jìn)行功能分類和PATHWAY分析,發(fā)現(xiàn)與葉極性建立、泡狀細(xì)胞發(fā)育、厚壁組織發(fā)育等有關(guān)的基因在70-36中表達(dá)均發(fā)生了顯著改變,另外還發(fā)現(xiàn)與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、次生代謝途徑等有關(guān)基因的表達(dá)改變也與突變密切聯(lián)系。利用qRT-PCR技術(shù)對基因表達(dá)量進(jìn)行驗證,表明葉極性發(fā)育相關(guān)基因OsYABBY1、OsYABBY7,以及厚壁組織發(fā)育相關(guān)基因SLL1在突變體中顯著上調(diào)表達(dá),而與木質(zhì)素合成相關(guān)基因Dirigent1、4CL3在突變體中則顯著下調(diào)表達(dá),證明70-36突變體的卷葉形成受葉極性發(fā)育、厚壁組織發(fā)育及木質(zhì)素合成相關(guān)基因的表達(dá)改變影響。但是,這些基因的表達(dá)是否受分子標(biāo)記定位篩選到的候選基因Os03g0395100的影響、是否被其直接調(diào)控而導(dǎo)致卷葉以及具體的調(diào)控分子機(jī)理如何,還有待進(jìn)一步研究。
【關(guān)鍵詞】：水稻(Oryza sativa L.) 顯性卷葉突變 分子標(biāo)記定位 厚壁組織 轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 英文縮略詞與英漢對照8-13
• 1 前言13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 植物葉發(fā)育及調(diào)控的分子機(jī)理13-19
• 1.2.1 葉原基的形成13-15
• 1.2.2 葉極性的建立15-17
• 1.2.2.1 近-遠(yuǎn)軸極性的建立15-16
• 1.2.2.2 中-邊軸極性的建立16
• 1.2.2.3 基-頂軸極性的建立16-17
• 1.2.3 小分子RNA對葉發(fā)育的調(diào)控17-18
• 1.2.4 植物激素對葉發(fā)育的調(diào)控18-19
• 1.3 水稻卷葉的分子生物學(xué)研究進(jìn)展19-26
• 1.3.1 水稻葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)及卷葉形成的細(xì)胞學(xué)機(jī)制19-20
• 1.3.2 水稻卷葉基因的定位研究20-24
• 1.3.3 水稻卷葉發(fā)生的分子機(jī)理24-26
• 1.4 本研究的目的及意義26-27
• 2 材料與方法27-36
• 2.1 材料27-28
• 2.1.1 植物材料27
• 2.1.2 主要儀器設(shè)備27
• 2.1.3 主要試劑與耗材27-28
• 2.1.4 主要溶液配方28
• 2.2 實驗方法28-36
• 2.2.1 田間調(diào)查及數(shù)據(jù)分析28-29
• 2.2.2 葉綠素含量測定29
• 2.2.3 細(xì)胞壁成份定性分析29
• 2.2.4 水稻DNA提取29-30
• 2.2.5 水稻總RNA的提取30-31
• 2.2.6 cDNA第一鏈制備31
• 2.2.7 定量PCR（qPCR）反應(yīng)31-32
• 2.2.8 微衛(wèi)星（SSR）PCR擴(kuò)X椉暗纈炯觳，
  
  本文編號：585939
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