本文關(guān)鍵詞：調(diào)控水稻異倍性雜交種子敗育的相關(guān)基因分析

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【摘要】：植物異倍性雜交后,其后代在抗旱、抗病、抗蟲、株高、開花期、生育期、器官大小等方面都表現(xiàn)出超親本的優(yōu)良特性。然而水稻異倍性雜交后,往往不能夠產(chǎn)生正常發(fā)育的種子,其種子干癟、敗育。MADS29是控制水稻種子飽滿程度的一個基因,其通過調(diào)控母體組織細胞的退化和維持體內(nèi)激素的平衡來影響種子的發(fā)育。在抑制MADS29的表達時,導(dǎo)致種子干癟、敗育。本文通過實時熒光定量PCR (qRT-PCR)技術(shù)研究MADS29等相關(guān)基因與水稻異倍性雜交種子敗育之間的關(guān)系,可以為水稻近緣物種的合理有效利用提供依據(jù)。本實驗以2份二倍體(2n)＼2份四倍體(4n)水稻材料構(gòu)建4個自交組合(對照)和8個雜交組合(正反交)。通過分析花粉粒育性、花粉管萌發(fā)及伸長、種子發(fā)育、以及MADS29等相關(guān)基因的表達情況,探討MADS29等種子發(fā)育相關(guān)基因是否參與水稻異倍性雜交種子敗育的調(diào)控。其主要結(jié)果如下：1、水稻2n和4n雜交均不能獲得正常發(fā)育的種子。具體表現(xiàn)為：在授粉后3天(3 DAP),異倍性雜交種子與自交種子相比,其表型沒有明顯差異,從6 DAP開始變癟,并一直延續(xù)到后期(25 DAP)。在成熟期,退化嚴重的雜交種子僅剩一層薄薄的種皮,種子內(nèi)部幾乎無任何內(nèi)含物。2、對花粉粒育性和授粉后花粉管萌發(fā)及伸長進行觀察,發(fā)現(xiàn)：(1)水稻2n和4n的花粉均可育,其花粉可染率分別為83.64%和71.36%；(2)授粉后各組合的花粉管均能夠萌發(fā)并正常地伸入到胚珠基部。表明水稻異倍性雜交均能完成正常的雙受精作用。3、通過石蠟切片對水稻2n和4n異倍性雜交種子的胚乳發(fā)育進行觀察,發(fā)現(xiàn)3DAP,4n×2n的胚乳發(fā)育相對較快,已經(jīng)處于細胞化晚期,其胚乳細胞緊密聚集,且數(shù)量較少;而2n×4n胚乳發(fā)育相對滯后,一直處在合胞體期,其游離核不斷分裂,胚乳內(nèi)部開始出現(xiàn)少許空泡。4、通過掃描電鏡對水稻2n和4n雜交后各組合的成熟種子的淀粉顆粒形態(tài)進行觀察,結(jié)果表明水稻2n的種子,其淀粉顆粒大且呈規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu),排列緊密;4n的種子,其淀粉顆粒排列也相對緊密,但形態(tài)偏圓；而2n×4n和4n×2n雜交種子與2n和4n的自交種相比,其淀粉顆粒小且圓,排列松散。5、通過RT-PCR和qRT-PCR對MADS29在不同組織中的表達情況進行分析,結(jié)果表明MADS29在2n和4n種子中高度表達,其表達量具體為;3DAP6DAP8DAP,而在根、莖、葉等組織中幾乎不表達,這與前人研究結(jié)果相吻合。另外,MADS29在水稻2n和4n種子中的相對表達量無明顯差異。6、通過qRT-PCR技術(shù)分析MADS29等相關(guān)基因在水稻2n和4n雜交種子的不同發(fā)育時期的表達情況,結(jié)果顯示：(1) MADS29在6 DAP的雜交種子中的相對表達量均高于對照種子,最高可達9.82倍；8 DAP,其相對表達量仍遠高于對照種子,且其相對表達量在雜交種子中為：8 DAP6 DAP。(2)淀粉合成相關(guān)基因(AGPL2、 AGPS2b)在6 DAP和8 DAP的雜交種子中的相對表達量基本上均低于對照種子,且其相對表達量在對照飽滿種子中具體表現(xiàn)為：8 DAP6 DAP,而在雜交癟種子中的相對表達量則為：6 DAP8 DAP。(3) 6 DAP和8 DAP,生長素基因(IAA1、IAA19)和母體組織細胞程序性死亡(PCD)相關(guān)基因(LOC_Os06g17970、LOC_Os05g31570)在雜交種子中的相對表達量也均高于對照種子。7、通過qRT-PCR分析MADS29和淀粉合成相關(guān)基因(AGPL2、AGPS2b)在A-MADS29 (RNAi-MADS29中花11)×DH(4n)和中花11×DH(4n)的雜交種子中的表達情況。結(jié)果表明,在6DAP和8 DAP時,與中花11×DH的雜交種子相比,MADS29在A-MADS29×DH的雜交種子中的相對表達量下調(diào)；而6 DAP,兩個淀粉合成相關(guān)基因在A-MADS29×DH的雜交種子中的相對表達量上調(diào)。綜上所述,水稻2n和4n異倍性雜交,其胚乳發(fā)育異常,而MADS29基因高表達,生長素基因和母體組織PCD相關(guān)基因表達上調(diào),淀粉合成相關(guān)基因表達下調(diào)。說明MADS29等相關(guān)基因的表達與水稻異倍性雜交種子敗育有關(guān),暗示我們可以通過調(diào)控MADS29基因的表達,實現(xiàn)對水稻異倍性雜交種子敗育的調(diào)控,從而為水稻近緣物種的合理有效利用提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：MADS29 水稻 異倍性雜交 種子敗育
【學(xué)位授予單位】：四川農(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4-6
• Abstract6-12
• 第一部分 文獻綜述12-27
• 1 水稻胚和胚乳發(fā)育的研究進展12-18
• 1.1 水稻胚的發(fā)育12-13
• 1.2 水稻胚發(fā)育的養(yǎng)分來源13-14
• 1.3 水稻胚乳的發(fā)育14-15
• 1.4 水稻灌漿物質(zhì)進入胚乳的途徑15-16
• 1.5 胚與胚乳的關(guān)系16
• 1.6 水稻胚乳發(fā)育相關(guān)基因的研究16-18
• 2 植物倍性雜交的研究進展18-21
• 2.1 植物倍性雜交種子發(fā)育的胚胎學(xué)觀察18-19
• 2.2 植物倍性雜交胚胎敗育機理19-21
• 2.2.1 雜交不親和或授粉、受精異常19-20
• 2.2.2 胚乳異常退化20
• 2.2.3 母體組織異常20-21
• 3 MADS-box轉(zhuǎn)錄因子家族的研究進展21-26
• 3.1 MADS-box基因的發(fā)現(xiàn)和分布21-22
• 3.2 MADS-box基因的結(jié)構(gòu)特征22-23
• 3.3 水稻MADS-box基因的功能研究23-26
• 3.3.1 MADS-box基因與花發(fā)育23-25
• 3.3.2 MADS-box基因與種子發(fā)育25
• 3.3.3 MADS-box基因與開花25-26
• 4 研究的目的與意義26-27
• 第二部分 材料與方法27-39
• 1 實驗材料27
• 2 主要試劑和儀器27-29
• 2.1 試劑27-29
• 2.2 儀器29
• 3 試驗方法29-39
• 3.1 田間雜交29
• 3.2 花粉粒育性鑒定29-30
• 3.3 花粉管萌發(fā)及伸長的觀察30
• 3.4 種子外觀形態(tài)的觀察30
• 3.5 胚乳發(fā)育觀察30-31
• 3.6 淀粉粒形態(tài)掃描電鏡觀察31
• 3.7 DNA的提取31-32
• 3.8 陽性轉(zhuǎn)基因植株的鑒定32-34
• 3.8.1 潮霉素浸泡快速檢測32
• 3.8.2 PCR方法檢測32-34
• 3.9 基因表達分析34-39
• 3.9.1 RNA的提取34-35
• 3.9.2 RNA的純化35
• 3.9.3 第一鏈cDNA的合成35-36
• 3.9.4 RT-PCR和qRT-PCR的檢測36-39
• 第三部分 結(jié)果與分析39-51
• 1 2n與4n水稻雜交種子發(fā)育異常39-40
• 2 花粉管萌發(fā)及伸長情況40-41
• 3 胚乳發(fā)育情況41-43
• 4 成熟種子淀粉粒掃描電鏡43-44
• 5 MADS29基因表達分析44-46
• 5.1 組織特異性44-45
• 5.2 表達分析45-46
• 6 淀粉合成相關(guān)基因的表達分析46-47
• 7 生長素基因及母體組織細胞程序性死亡(PCD)相關(guān)基因的表達分析47-49
• 8 轉(zhuǎn)基因植株的分子鑒定49
• 9 MADS29和淀粉合成相關(guān)基因在A-MADS29×DH中的表達49-51
• 第四部分 討論51-55
• 1 MADS29在2n水稻中的調(diào)控途徑51-52
• 2 MADS29等相關(guān)基因參與了水稻異倍性雜交種子敗育的調(diào)控52-53
• 3 MADS29的高表達是導(dǎo)致種子敗育的一種新型調(diào)控方式53-54
• 4 下一步研究計劃54-55
• 參考文獻55-63
• 致謝63-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊捷頻;;常規(guī)石蠟切片方法的改良[J];生物學(xué)雜志;2006年01期

2 陳娟,王忠,莫億偉,馬曉娟,孫正超,刁守雨;水稻穎果充實與呼吸活性的關(guān)系[J];揚州大學(xué)學(xué)報;2005年02期

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本文編號：660231