粳稻杂交后代籽粒淀粉分支酶基因遗传变异及表达特性研究

摘要

直链淀粉含量是决定稻米蒸煮食味品质最重要的指标。直链淀粉是籽粒灌浆过程中通过一系列酶促反应合成和积累，参与直链淀粉合成的酶种类很多，淀粉分支酶是其中的关键酶之一，活性大小与直链淀粉含量高低有密切关系。
　　 本研究选用以直链淀粉含量为选择指标，在两个杂交组合（即组合Ⅰ东农423×藤系180和组合Ⅱ系选1号×通769）中，逐代按高、低两个方向进行选择形成的籽粒直链淀粉含量有显著差异且遗传背景相似的F10后代及亲本，通过盆栽试验系统地比较分析了蒸煮食味品质和产量性状的遗传表达特征，并在灌浆过程中籽粒淀粉分支酶活性变化，淀粉分支酶基因家族的mRNA表达特征和淀粉分支酶基因结构变异特点等，旨在为阐明水稻杂种后代籽粒直链淀粉含量产生超亲变异和淀粉品质形成的分子生化学机理以及品质改良方法提供理论依据。研究结果表明:
　　 籽粒直链淀粉含量高的品种，蛋白质含量比较低，食味值小，RVA谱特性中最高粘度、最低粘度和下降粘度值也比较小，而粘滞峰消减值和最终粘度是随着直链淀粉含量的升高而升高，且直链淀粉含量高的品种为正的消减值，低直链淀粉含量的品种则为负。直链淀粉含量低的品种，蛋白质含量相对比较高，最高粘度、最低粘度和下降粘度值也比较大。随着直链淀粉含量的升高而单株粒重增加，千粒重正好相反，即随着直链淀粉含量升高而下降。
　　 从胚乳淀粉积累方面，在两个组合中，在灌浆过程中不同直链淀粉含量亲本及后代胚乳总淀粉、直链淀粉和支链淀粉积累趋势基本一致，直链淀粉含量高的品种总淀粉含量也高，胚乳直链淀粉合成和积累速度的快慢主要取决于遗传因素，直链淀粉含量高的基因型在灌浆过程中合成和积累的直链淀粉量总是高于直链淀粉含量低的基因型，而胚乳支链淀粉的合成和积累主要在灌浆前中期，比直链淀粉合成早。
　　 分析籽粒灌浆过程中淀粉分支酶活性以及淀粉分支酶基因mRNA表达量等变化特点显示:直链淀粉含量高的亲本及后代的淀粉分支酶活性均比直链淀粉含量低的亲本及后代高，灌浆不同时期的籽粒直链淀粉含量与淀粉分支酶活性间均呈正相关;亲本及杂种后代籽粒rbe1和reb3的mRNA表达量随灌浆进程逐渐增加，达到峰值后又逐渐下降，呈单峰曲线变化，其表达量峰值都出现在抽穗后17d，在灌浆过程中胚乳rbe4基因的mRNA表达量相对比较小;杂种后代籽粒淀粉分支酶基因mRNA表达量随籽粒直链淀粉含量的变化发生变化，且能超亲表达;直链淀粉含量和淀粉分支酶活性高的基因型其rbe1和rbe3的mRNA表达量也高，低的基因型其mRNA表达量也低，rbe4的表达量与此相反。
　　 从相关性分析，不同灌浆时期rbe活性与相对应时期的直链淀粉含量、总淀粉含量间都存在正相关性，胚乳直链淀粉含量与rbe1和rbe3的mRNA表达量呈极显著的正相关，与rbe4的mRNA表达量呈负相关;胚乳淀粉分支酶活性与rbe1、rbe3的mRNA表达量呈显著及极显著的正相关，与rbe4的mRNA表达量呈不显著的负相关。
　　 本试验克隆的rbe1基因全序列长为2463bp，编码820个氨基酸残基，与GenBank中已发表的核苷酸序列比较，组合1亲本及后代的同源性分别为99.96％、99.59％、99.80％、99.88％;高后代H6与高亲H4有2处氨基酸不同，低后代L12与低亲L11有4处氨基酸不同;虽然胚乳直链淀粉含量不同的品种间rbe1基因编码区碱基序列同源性很高，氨基酸序列保守性很强，但杂种后代在基因分离和稳定过程中，个别碱基位点上仍然发生碱基的变化和氨基酸的改变。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 稻米直链淀粉研究概况

1．2．2 稻米支链淀粉研究概况

1．2．3 灌浆过程中淀粉积累特性研究概况

1．2．4 灌浆过程中胚乳淀粉分支酶活性变化特性研究概况

1．2．5 淀粉分支酶基因研究

1．2．6 淀粉分支酶编码基因表达特点

1．2．7 编码淀粉分支酶基因序列研究

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验方法

2．3 品质性状测定方法

2．3．1 稻米籽粒直链淀粉含量测定方法

2．3．2 稻米总淀粉含量测定方法

2．3．3 稻米食味值测定方法

2．3．4 稻米粘特性(RVA谱)测定方法

2．4 考种

2．5 水稻淀粉分支酶活性测定方法

2．6 淀粉分支酶基因mRNA表达分析

2．6．1 胚乳基因组RNA提取

2．6．2 RT-PCR实验程序

2．7 分支酶基因rbe1和rbe3 cDNA克隆及全序列分析

2．7．1 总RNA提取

2．7．2 质粒与细菌菌株

2．7．3 PCR扩增水稻分支酶基因全长cDNA

2．7．4 PCR产物的克隆鉴定

2．7．5 cDNA序列分析

3 结果与分析

3．1 亲本及杂种后代蒸煮食昧品质特性与产量性状比较

3．2 亲本及杂种后代胚乳淀粉积累特性比较

3．3 亲本及杂种后代胚乳淀粉分支酶活性比较

3．4 不同灌浆时期rbe活性与相对应时期籽粒淀粉的相性

3．5 淀粉分支酶基因mRNA表达量变化

3．5．1 RNA完整性、定量检测及纯化

3．5．2 亲本及杂种后代胚乳rbe基因mRNA表达量变化动态

3．6 胚乳rbe1 cDNA的克隆及全序列分析

3．6．1 胚乳cDNA库的合成

3．6．2 胚乳rbe1基因全长cDNA序列的获得

3．6．3 胚乳rbe1基因cDNA的克隆及鉴定

3．6．4 胚乳rbe1基因全长cDNA序列分析

4 讨论

4．1 关于直链淀粉含量与蒸煮食味品质及产量关系

4．2 关于籽粒淀粉分支酶活性与直链淀粉含量关系

4．3 关于籽粒rbe基因mRNA表达与直链淀粉含量关系

4．4 关于不同直链淀粉含量杂种后代rbe基因克隆与结构变异

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文