水稻矮化并花发育异常突变体dwarf and deformed flower 2(ddf2)的基因定位与候选基因分析

摘要

水稻是重要的粮食作物之一，其营养器官和花器官虽然不是最终的产量器官，但它们的发育对于籽粒的产量与品质形成都具有重要的影响。因此，阐明这些器官发育关键调控基因的功能对水稻高产、优质育种有着重要的意义。
　　本文报道了一个矮化并花发育异常突变体dwarf and deform ed flower2(ddf2)，来源于水稻籼型恢复系602的组织培养后代。本研究在抽穗期，以野生型为对照，对ddf2株高、主穗长、节间和功能叶的长宽等性状进行统计分析;同时利用冷冻切片等技术对茎、叶和花器官进行了详细的形态和组织学分析。分别以西农1A和中花11为母本，以DDF2/ddf2杂合株系为父本构建2个F2群体进行遗传分析和基因定位，并对候选基因进行了实时荧光定量PCR(Real Time qPCR)分析。主要研究结果如下:
　　1.ddf2的表型鉴定
　　相较于野生型，ddf2突变体在拔节期时就表现出明显的矮化性状，叶片短且窄，随生育期推移，性状越明显。抽穗期，ddf2突变体的株高仅为野生型的57.71％。倒1节至倒5节节间长度均有不同程度的缩短;同时突变体倒1节至倒5节的节间茎粗相对于野生型也呈极显著降低。突变体倒1叶至倒3叶的叶长和叶宽均呈极显著的降低。另外，突变体主穗长15.55 cm，相对于野生型也有极显著的降低。这些结果都表明ddf2突变体茎叶尺寸变小。
　　2.叶片与茎秆的组织学分析
　　组织细胞学分析发现，在突变体大叶脉数目和相邻2个大叶脉之间的小叶脉数都没有明显的变化，但相邻2个大叶脉之间的宽度明显减小，进一步比较两个小叶脉之间的叶肉细胞发现在突变体中细胞数目和尺寸均显著降低;突变体茎秆维管束的数目与野生型相比没有明显的变化，但统计发现两个大维管束之间基本组织细胞的数量和细胞的大小都显著小于野生型，这表明ddf2突变体茎、叶细胞分裂和膨胀都受到了抑制。
　　3.花器官形态分析
　　与野生型相比，ddf2突变体的花器官特征发育受到了严重干扰:第一轮外稃顶部弯曲、内稃不同程度退化，第三轮雄蕊器官严重退化，部分甚至转化为雌蕊状器官;另外，部分ddf2小穗的护颖过度发育，转变成稃片状，一些小穗还表现分生组织确定性的丢失，发育出2个以上的小花。
　　4.突变体ddf2的遗传分析
　　由于ddf2突变体无法正常结实，突变体种质以杂合株系DDF2/ddf2形式保存。由ddf2杂合体分别与西农1A、中花11杂交。2个母本的F1表型均正常，F2群体出现了明显的ddf2性状分离，其中，以西农1A为母本的群体正常植株3213株，突变植株1039株，分离比为3.092∶1，以中花11为母本的群体正常植株3171株，突变植株1024株，分离比为3.097∶1，经卡平方检验，2个群体均符合3∶1的分离比，表明ddf2突变是受一对隐性核基因控制。
　　5.突变体ddf2的精细定位与候选基因分析
　　利用中花11/ddf2的1024株F2代分离群体，最终将DDF2基因精细定位在第11染色体短臂近着丝粒位置处，位于Insertion/Deletion(In/Del)标记S-11和S-14之间，遗传距离分别为0.049cM和0.098cM，物理距离90.295kb，并与标记S-24共分离。进一步对该基因进行表达分析，发现该基因在突变体的叶、茎和穗中都表现出明显的下调，初步将LOC_Os11g17600作为DDF2候选基因。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 水稻矮化研究进展

1．1．1 水稻矮化突变体的来源

1．1．2 水稻矮化的遗传学研究

1．1．3 水稻矮化的激素调控

1．2 水稻花发育研究进展

1．2．1 花器官发育模型

1．2．2 水稻花发育的形态特征

1．2．3 水稻花发育的基因调控

1．3 矮化并花发育异常突变体研究进展

第2章 引言

第3章 材料与方法

3．1 水稻实验材料

3．2 形态学观察

3．2．1 突变体的显微观察

3．2．2 扫描电镜分析

3．3 组织学观察-冷冻切片分析

3．4 统计分析

3．5 水稻基因组DNA的提取

3．5．1 简易CTAB法

3．5．2 碱煮法

3．6 分子标记定位

3．6．1 遗传分析

3．6．2 连锁筛选

3．6．3 标记引物的合成

3．6．4 PCR扩增与聚丙烯酰胺凝胶电泳

3．6．5 基因的克隆与序列比对

3．7 连锁图谱构建

3．8 候选基因分析

3．8．1 分析途径

3．8．2 基因表达分析

第4章 结果与分析

4．1 ddf2突变体植株的表型分析

4．2 ddf2突变体叶片与茎秆的组织学分析

4．3 ddf2突变体的花器官形态分析

4．4 ddf2的遗传分析

4．5 DDF2基因的分子定位

4．6 DDF2候选基因分析

第5章 结论与讨论

5．1 讨论

5．2 主要结论

参考文献

致谢

在校期间取得的研究成果