本文關(guān)鍵詞：水稻結(jié)實率控制基因PTB1的自然變異和馴化分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水稻是全世界最重要的糧食作物之一,其產(chǎn)量水平直接關(guān)系糧食安全,因此對于水稻產(chǎn)量性狀的深入研究具有重要的意義。目前,水稻產(chǎn)量性狀的控制機制取得了長足的進展,特別是有關(guān)千粒重、有效穗數(shù)等方面研究的比較深入。相比之下,另一個控制水稻產(chǎn)量的重要因素——結(jié)實率的研究還不夠深入。提高結(jié)實率可以有效的增加穗粒數(shù)從而提高糧食產(chǎn)量,因此加深對水稻結(jié)實率的研究對于研究其本身的遺傳機制以及提高糧食產(chǎn)量都具有重要的意義。本實驗室近期通過一個水稻低結(jié)實率突變體,成功克隆了一個直接控制水稻結(jié)實率的主效基因PTB1。精細定位結(jié)果表明,PTB1基因內(nèi)部發(fā)生了一個470 bp左右的序列缺失,該基因編碼了一個環(huán)型的E3泛素連接酶,能夠促進花粉管在花柱道中的生長,從而直接調(diào)控水稻結(jié)實率的高低。進一步的實驗發(fā)現(xiàn),在異常環(huán)境溫度條件下,PTB1基因的表達量水平明顯下調(diào),這可能是造成水稻在高溫、低溫等異常條件下結(jié)實率降低的直接原因。體外生化實驗驗證了PTB1蛋白具有E3泛素連接酶的生化功能,我們因此推測,PTB1基因的作用靶標(biāo)可能對花粉管的生長具有抑制作用,在正常的水稻中PTB1可能特異的降解了該負調(diào)控因子,從而在一定程度上促進了花粉管的生長,最終促進水稻的正常結(jié)實。大量的基因克隆工作顯示,很多水稻產(chǎn)量相關(guān)基因均具有豐富的群體變異,并一定程度上體現(xiàn)栽培稻的馴化特征。PTB1是水稻上第一個報道的控制結(jié)實率的關(guān)鍵基因,該基因的克隆是水稻產(chǎn)量性狀解析的重要進展,但該基因群體自然變異特征以及是否關(guān)系馴化還不得而知。因此,本實驗是在前期研究的基礎(chǔ)上,選取有代表性的野生稻、栽培稻(包括粳稻亞種和秈稻亞種)等實驗材料,分子克隆PTB1基因及其調(diào)控序列,以期系統(tǒng)研究不同水稻種質(zhì)中PTB1基因的等位變異特征,探討這些變異與水稻結(jié)實率自然變異的關(guān)聯(lián),同時揭示了該基因在水稻馴化過程中的變化規(guī)律。主要結(jié)果如下：1、107份水稻材料PTB1基因的PCR分段克隆及測序表明,PTB1基因存在豐富的自然變異,共發(fā)現(xiàn)了32個SNP位點和5個InDel位點。其中在PTB1啟動子中存在19個SNP變異位點以及4個InDe1位點,在PTB1基因的10個外顯子中存在13個SNP位點以及1個InDel位點。2、對所有水稻材料的PTB1基因的測序結(jié)果進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)PTBl基因的自然變異情況共存在16種單倍型分類。其中在野生稻群體(21份)中存在16種不同的單倍型類型,而在栽培稻(86份)中僅存在3種不同的單倍型,從野生稻到栽培稻PTB1基因的單倍型的種類顯著減少,表明PTB1基因在水稻的馴化歷史中受到了選擇,是一個馴化相關(guān)的基因,有關(guān)群體遺傳參數(shù)計算結(jié)果也進一步證實了上述結(jié)論。3、分別對粳稻品種以及秈稻品種的PTB1基因的單倍型進行分析發(fā)現(xiàn),秈稻品種的PTB1基因單倍型主要集中在兩個類型中(H12以及H14),粳稻品種的PTB1基因單倍型主要集中在H1中,由此顯示PTB1基因存在明顯的秈粳分化,可能與水稻的秈粳分化相關(guān)。4、前期的研究表明,PTB1基因的表達量與轉(zhuǎn)基因植株的結(jié)實率相關(guān)。我們對部分材料分別進行了結(jié)實率和PTB1基因表達量的調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn),PTB1基因在不同水稻材料中的相對表達量水平與水稻的結(jié)實率密切相關(guān)(r=0.74,P0.01)。該結(jié)果表明,與轉(zhuǎn)基因植株群體的結(jié)果相似,水稻結(jié)實率的自然變異與PTB1表達量的自然變異直接相關(guān)。5、利用獲得的自然變異和對應(yīng)的表達量數(shù)據(jù),我們接下來研究PTB1的等位變異是否與基因的表達量直接相關(guān)。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示,PTB1基因啟動子區(qū)域的4個等位變異(-1156,-1069,-931和-621位)組成的2種單倍型(CACC和TCGT)與基因的表達量密切相關(guān)(P0.05, t-est),同時也直接與水稻的結(jié)實率關(guān)聯(lián)(P0.05, t-est)。該結(jié)果顯示,PTB1基因啟動子區(qū)域的自然變異決定了PTB1基因的表達量,后者直接決定了結(jié)實率的高低,提示這些啟動子區(qū)域的自然變異是水稻材料間結(jié)實率變異的根本原因。綜上所述,本研究表明,PTBl基因存在豐富的自然變異,這些變異可能與水稻的秈粳分化和栽培稻的馴化相關(guān)。同時PTB1基因啟動子區(qū)域的自然變異決定了PTB1基因的表達量,后者直接決定了水稻結(jié)實率的高低,提示這些啟動子區(qū)域的自然變異是水稻材料間結(jié)實率變異的根本原因。
【關(guān)鍵詞】：PTBI基因 結(jié)實率 自然變異 單倍型 馴化選擇
【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】：2015
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 縮寫詞(Abbreviation)9-13
• 1 文獻綜述13-23
• 1.1 水稻產(chǎn)量性狀研究進展13-14
• 1.2 結(jié)實率14-18
• 1.2.1 結(jié)實率概述14-15
• 1.2.2 水稻結(jié)實率研究進展15
• 1.2.3 水稻結(jié)實率的遺傳控制15-16
• 1.2.4 水稻結(jié)實率受環(huán)境影響16-17
• 1.2.5 結(jié)實率遺傳控制因素的研究進展17-18
• 1.2.6 水稻結(jié)實率控制基因——PTB118
• 1.3 馴化18-21
• 1.3.1 馴化概述19-20
• 1.3.2 水稻馴化20
• 1.3.3 水稻馴化相關(guān)基因20-21
• 1.3.4 水稻結(jié)實率的馴化21
• 1.4 本研究的背景和意義21-23
• 1.4.1 PTB1的研究背景21-22
• 1.4.2 本研究的目的和意義22-23
• 2 實驗材料與方法23-35
• 2.1 實驗材料23
• 2.1.1 植物材料23
• 2.1.2 化學(xué)試劑及分子試劑23
• 2.2 實驗方法23-30
• 2.2.1 實驗方案及技術(shù)路線23-24
• 2.2.2 植物DNA的提取與檢測24-25
• 2.2.3 引物設(shè)計25
• 2.2.4 PCR擴增與產(chǎn)物測序25-27
• 2.2.5 序列測定27-28
• 2.2.6 植物RNA的提取與反轉(zhuǎn)錄28-30
• 2.2.7 定量-PCR分析30
• 2.3 數(shù)據(jù)分析30-33
• 2.3.1 PCR產(chǎn)物測序30-31
• 2.3.2 序列SNP檢測31-32
• 2.3.3 遺傳多樣性分析32
• 2.3.4 序列單倍型檢測32
• 2.3.5 馴化分析32-33
• 2.3.6 結(jié)實率調(diào)查33
• 2.3.7 關(guān)聯(lián)分析33
• 2.4 相關(guān)試劑的配方及實驗設(shè)備33-35
• 2.4.1 溶液配方33-34
• 2.4.2 儀器設(shè)備34-35
• 3 結(jié)果與分析35-56
• 3.1 實驗材料選擇35-38
• 3.2 PTB1基因結(jié)構(gòu)分析及引物設(shè)計38-39
• 3.3 基因組DNA抽提、PTB1基因擴增及RNA檢測39-42
• 3.3.1 水稻基因組DNA抽提39
• 3.3.2 PTB1基因啟動子(包括1、2號外顯子)擴增39-40
• 3.3.3 PTB1基因外顯子擴增40-41
• 3.3.4 水稻RNA提取41-42
• 3.4 測序及分析42-44
• 3.4.1 PTB1基因啟動子測序結(jié)果42-43
• 3.4.2 PTB1基因外顯子測序結(jié)果43-44
• 3.5 PTB1基因遺傳多態(tài)性分析44-45
• 3.5.1 變異位點分析44-45
• 3.5.2 群體多樣性分析45
• 3.6 PTB1基因的單倍型45-47
• 3.7 PTB1基因具有秈粳分化特征47-48
• 3.8 PTB1馴化分析48-50
• 3.8.1 中性檢驗48-49
• 3.8.2 單倍型分析49-50
• 3.9 結(jié)實率調(diào)查50-51
• 3.10 PTB1基因自然變異與結(jié)實率的關(guān)聯(lián)分析51-56
• 4 討論56-60
• 4.1 PTB1是控制水稻結(jié)實率關(guān)鍵基因56-57
• 4.2 PTB1基因的自然變異控制水稻的結(jié)實率57-58
• 4.3 水稻結(jié)實率控制基因PTB1的馴化58-60
• 參考文獻60-65
• 致謝65-66
• 附錄66-69

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本文編號：357918