本文關(guān)鍵詞：同源四倍體水稻中種子大小相關(guān)基因的表達研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多倍化是植物進化的動力。多倍體通常分為異源多倍體和同源多倍體,同源多倍體基因組劑量增加通常會對基因的表達產(chǎn)生巨大的影響,從而影響到蛋白的表達,最終影響整個植株的性狀。水稻是二倍體作物,通過人工染色體加倍可以獲得同源四倍體水稻,與二倍體比較,四倍體水稻具有生長勢強、籽粒大、莖粗、葉厚、葉片變長變寬、抗蟲、抗病、抗旱能力強、生物量高等優(yōu)勢。通過研究四倍體水稻中種子大小相關(guān)基因的表達情況,分析倍性對基因表達的調(diào)控特點和規(guī)律,可以為分子育種提供依據(jù)。本實驗以4個水稻品種Balilla、93-11、南京11和海天及其四倍體為材料,分析了6個調(diào)控種子大小基因(GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5)的表達情況,主要結(jié)果如下：1、對四套二倍體-同源四倍體水稻進行田間觀察和農(nóng)藝性狀調(diào)查,發(fā)現(xiàn)它們表型差異極顯著,比如,四倍體的莖稈變粗、劍葉變寬變長、葉的顏色加深、植株變高、籽粒變大、結(jié)實率降低等。一般情況下,四倍體與二倍體的高度差大約在5cm左右,而93-11和其對應四倍體株高相差約16cm。特別是在種子大小相關(guān)性狀上,發(fā)現(xiàn)粒長(GL)、粒寬(GW)、長寬比(L/W)、籽粒表面積(GS)和籽粒周長(GC)這五個參數(shù)均存在極顯著差異。同源四倍體的千粒重比二倍體增加31%-35%,籽粒長增加2-3cm、粒寬增加0.5cm左右等。2、通過電鏡掃描觀察Balilla和DBalilla幼穗發(fā)育二次枝梗形成期和雌雄蕊形成期,結(jié)果發(fā)現(xiàn)二倍體水稻和四倍體水稻幼穗的發(fā)育進程基本一致,確保了取材的準確性。3、通過Q-PCR技術(shù)分析6個主要控制種子大小基因在具有代表性的粳稻品種Balilla、秈稻品種93-11及其四倍體幼穗發(fā)育中的表達情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)在4n水稻中,與二倍體相比較,在同一幼穗發(fā)育時期,正調(diào)控基因表達上升,負調(diào)控基因表達下降,即分子水平的表達結(jié)果與種子大小表型一致。(2)部分基因的表達具有材料特異性。GW5在兩對材料中均不表達,qGW8在Balilla中檢測到發(fā)育早期沉默,而在93-11中則隨發(fā)育時期表達上升。(3)多數(shù)基因的表達量隨幼穗發(fā)育進程而變化,即具有表達時期特異性。在D93-11的幼穗發(fā)育初期,大多數(shù)基因的表達為上升趨勢,到了第3、4期,表達為最高后,開始下降。而qGW8在整個發(fā)育時期,其表達水平一直呈上升趨勢。(4)不同發(fā)育時期,不同的基因可能起主要調(diào)控作用。在幼穗發(fā)育1時期,負調(diào)控因子GW2、GS3在4n水稻D93-11中的表達下調(diào)較大,而正調(diào)節(jié)因子HGW、GS5和qGW8在4n水稻DBalilla中的表達遠遠高于2n水稻；在幼穗發(fā)育3時期,GS3在4n水稻D93-11中表達量最高,可能為主效基因；在幼穗發(fā)育5時期,qGW8在4n水稻D93-11中表達量最高,可能為主效基因。表明在不同的發(fā)育時期,可能由不同的基因發(fā)揮主要的調(diào)控作用。4、通過轉(zhuǎn)基因?qū)嶒瀬眚炞C基因過表達對種子大小的調(diào)控：在Balilla (2n)中過表達負調(diào)控基因GW2,然后獲得28棵轉(zhuǎn)基因植株。對這些轉(zhuǎn)基因植株的標記(hyg)進行檢測,可擴增出約800bp的目標片段,證明該基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入植株中。對該基因進行Q-PCR表達差異檢測,發(fā)現(xiàn)該基因的表達量變化為：Balilla (2n) TBalilla (2n)DBalilla (4n) (128.054.717.44)而相應的植株的種子大�。築alilla (2n) T Balilla (2n) DBalilla (4n)(粒寬分別為2.95cm3.61cm3.73cm,千粒重分別為22.3g31.82g49.41g)。該結(jié)果表明負調(diào)控基因GW2的表達變化與種子大小相一致。綜上所述,同源四倍體水稻種子大小相關(guān)基因的表達與倍性、發(fā)育時期及基因的功能有關(guān),暗示我們可以通過控制種子大小基因(不同發(fā)育時期的主要調(diào)控基因)的表達,實現(xiàn)增大二倍體水稻種子的愿望,從而為我國水稻增產(chǎn)提供新的資源或者途徑。
【關(guān)鍵詞】：水稻 四倍體 種子大小 發(fā)育 劑量效應
【學位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一部分 文獻綜述12-26
• 1 植物中多倍化的研究綜述12-18
• 1.1 植物多倍體的形成12-14
• 1.1.1 同源四倍體水稻的研究13-14
• 1.2 同源多倍體DNA和基因表達的變化14-17
• 1.2.1 同源多倍化對DNA含量的影響14-15
• 1.2.2 同源多倍化后的基因表達模式15-17
• 1.2.2.1 同源多倍化后對基因表達的影響15-16
• 1.2.2.2 同源多倍化后基因表達的調(diào)控機制16-17
• 1.3 基因劑量效應在植物育種和進化上的影響17-18
• 1.3.1 基因劑量效應與數(shù)量性狀的關(guān)系17-18
• 1.3.2 基因劑量效應與發(fā)育過程的關(guān)系18
• 2 水稻產(chǎn)量相關(guān)基因的研究綜述18-25
• 2.1 籽粒大小相關(guān)基因的研究21-22
• 2.2 粒重相關(guān)基因的研究22-24
• 2.3 6個基因之間的互作24
• 2.4 其他水稻粒型相關(guān)基因的研究24-25
• 3 目的與意義25-26
• 第二部分 材料和方法26-39
• 1 材料26-29
• 1.1 實驗材料、菌株和克隆載體26-27
• 1.2 主要試劑、試劑盒和儀器27-28
• 1.3 培養(yǎng)基28-29
• 2 實驗方法29-39
• 2.1 表型分析29-30
• 2.2 基因的表達分析30-33
• 2.2.1 水稻幼穗材料的準備30
• 2.2.2 RNA的提取與純化30-31
• 2.2.3 第一鏈cDNA的合成31-32
• 2.2.4 qRT-PCR檢測32-33
• 2.3 轉(zhuǎn)基因分析33-39
• 2.3.1 GW2基因的克隆33-35
• 2.3.1.1 GW2基因的擴增33-34
• 2.3.1.2 PCR擴增產(chǎn)物的電泳檢測及膠回收34
• 2.3.1.3 連接、轉(zhuǎn)化、陽性克隆的篩選和檢測34-35
• 2.3.2 GW2植物超表達載體的構(gòu)建、遺傳轉(zhuǎn)化及陽性植株的鑒定35-39
• 2.3.2.1 GW2植物超表達載體的構(gòu)建35-36
• 2.3.2.2 農(nóng)桿菌介導的水稻愈傷組織的遺傳轉(zhuǎn)化36-37
• 2.3.2.3 陽性轉(zhuǎn)基因植株的鑒定37-39
• 第三部分 結(jié)果與分析39-51
• 1. 水稻四倍化后對農(nóng)藝性狀的影響39-42
• 2. 基因GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5在不同基因組劑量中的表達分析42-46
• 2.1 基因表達具有材料特異性43-44
• 2.2 基因表達具有發(fā)育時期特異性44
• 2.3 不同時期,存在不同的主效基因44
• 2.4 分子水平的表達結(jié)果與種子表型一致44-46
• 3. GW2的過表達對Balilla(2n)的種子大小的影響46-51
• 3.1 過表達載體構(gòu)建46-47
• 3.2 愈傷組織的誘導侵染與分化再生47-48
• 3.3 轉(zhuǎn)基因植株的分子鑒定48
• 3.4 轉(zhuǎn)基因植株中GW2表達水平的檢測48-49
• 3.5 轉(zhuǎn)基因植株籽粒的農(nóng)藝性狀考察49-51
• 第四部分 討論與結(jié)論51-54
• 1 5個基因?qū)φ{(diào)控種子大小的貢獻不同51-52
• 2 基因的表達具有時期特異性和材料特異性52-53
• 3 過表達技術(shù)在水稻育種上的推廣53-54
• 參考文獻54-62
• 致謝62

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