一個(gè)水稻灌漿突變體的遺傳分析與基因定位.pdf

1、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(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(guò)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(guò)程具有重要意義;也能加強(qiáng)對(duì)水稻籽粒灌漿過(guò)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)

2、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(zhǎng)突變體gef1(grain extended filling1)，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(cè)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(guò)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(cè)定發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，突變體株高無(wú)明顯變化，但穗長(zhǎng)縮短、結(jié)實(shí)率降低、每穗實(shí)粒數(shù)

3、減少。在種子形態(tài)方面，突變體種子的粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重均增加，長(zhǎng)寬比無(wú)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(wú)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(guò)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

4、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(wú)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(zhǎng)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(wú)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

5、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(zhǎng)約12天;突變體gef1從開(kāi)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(cè)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(guò)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(kāi)始下降，而

6、突變體籽粒中可溶性糖含量在受精25天后才開(kāi)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(kāi)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(kāi)花40天后才開(kāi)始急速下降，說(shuō)明穎果表皮持綠時(shí)間較長(zhǎng)，背部維管束能維持長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸功能。
　　5.通過(guò)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

7、化幅度不明顯，OsSSⅢa與SUS3類似，灌漿初期在gef1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(guò)對(duì)gef1/宜香1B、gef1/02428和gef1/Kitaake雜交分析表明，三個(gè)組合的F1植株均表現(xiàn)正常，說(shuō)明該突變性狀受隱性基因控制。三個(gè)雜交組合F2群體中

8、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F2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。