两个控制水稻穗型发育基因的遗传定位

摘要

稻穗形态是影响水稻产量的重要农艺性状之一，因此穗型发育的研究对于提高水稻产量有非常重要的意义。本研究在水稻粳稻品种“中花11号”T-DNA插入突变体库中鉴定了5个与穗型发育相关的突变体：3个ps1(paniclesize1，ps1-1，ps1-2，ps1-3)、lgp1(lax grain panicle1)和pdm1(panicledevelopment mutant1)。3个ps1突变体表现为植株略矮、穗长变短25%、一次枝梗和二次枝梗数目分别减少33%和80%、且粒型变异等突变表型。lgp1突变表现为着粒变稀且穗呈伞形。pdml突变体表现为植株变矮、穗长变短、一次枝梗和二次枝梗数目均变少、育性严重降低等突变表型。
　　 T-DNA标签共分离检测表明：这5个突变体的突变表型均与T-DNA插入无关。采用图位克隆的方法对这5个基因进行定位，首先将这5个纯合突变体分别与籼稻品种“珍汕97”进行杂交构建F2代遗传作图群体，对F2杂合后代进行表型统计表明其野生型和突变体之比均符合3:1经典孟德尔遗传分离比，证明这5个突变性状均是由一对隐性基因所控制。通过大量种植F2代遗传作图群体及开发新的分子标记将ps1-1基因定位在第11号染色体上标记IN44-IN50的105kb之间；基因PDM1定位在第3号染色体上标记HLCAPS2-RM16的85kb之间。通过BSA池没有找到与LGP1基因连锁的分子标记，而ps1-1，ps1-2，ps1-3筛选到相同的连锁标记。
　　 通过TIGR网站对候选基因进行预测，并对候选基因进行表达分析、比较扩增及比较测序表明基因PS1候选基因中的SP1基因存在4个碱基的缺失，SP1基因可能就是本研究的PS1基因；基因PDM1候选基因中的OHK4(Oryzasativa Histidine Kinase4)基因存在单个碱基的突变，该基因编码一个水稻组氨酸激酶，作为细胞分裂素的受体，可能就是本研究的PDM1基因。
　　 共分离检测表明突变表型与PDM1基因共分离。半定量RT-PCR检测结果显示PS1基因主要在幼穗及成熟早期的穗中表达量较高，在后期成熟穗中的表达量相对较低；PDM1基因为组成型表达，在根、叶鞘、幼叶、成熟叶、SAM及穗部表达，其中成熟叶及后期成熟穗的表达量相对较低。
　　 对ps1-1、pdm1的突变体及其野生型分别进行穗部电镜扫描(ScanningElectron Microscope，SEM)实验表明：PS1材料在野生型和突变体的一、二次枝梗原基及小穗原基形成上都没有差异，而体视显微镜观测发现突变体的一、二次枝梗的伸长和发育有缺陷；PDM1材料在野生型和突变体的一、二次枝梗原基、小穗原基、小穗的发育及小花原基的形成都没有显示差异。
　　 同时构建了PDM1基因的互补载体，农杆菌介导转化突变体pdm1的愈伤，后续工作还在进行。本研究为进一步分离克隆PS1基因及对水稻穗大小发育的深入研究提供依据，同时为分离克隆PDM1基因及对水稻穗型发育的进一步研究奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

缩写名词表

1 前言

1.1 研究问题的由来

1.2 文献综述

1.2.1 水稻穗发育的研究进展

1.3 研究目的和意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 菌株、质粒载体和感受态细胞

2.2 实验方法

2.2.1 水稻材料的田间种植，突变体筛选

2.2.2 基因定位群体的构建、遗传分析及表型观察

2.2.3 植株的DNA抽提

2.2.4 PCR反应体系及程序

2.2.5 基因的定位方法

2.2.6 候选基因的预测

2.2.7 候选基因的分析及目的基因的初步确定

2.2.8 电镜扫描

2.2.9 RNA的抽提及表达分析

2.2.10 功能互补实验

3 结果与分析

3.1 水稻穗型突变体的鉴定及共分离分析

3.2 突变体的突变表型的考察

3.2.1 ps1突变体的突变表型的考察

3.2.2 pdm1突变体的突变表型的考察

3.3 用于基因定位群体的构建和遗传分析

3.4 两个控制穗型发育基因的定位分析

3.4.1 PS1基因及LGP1基因的定位分析

3.4.2 PDM1基因的定位分析

3.5 PS1基因和PDM1基因的表达谱

3.6 PS1基因和PDM1基因幼穗发育的电镜扫描分析

3.7 pdm1突变体的功能互补实验

4 讨论

4.1 PS1基因及PDM1基因的初步克隆

4.2 PS1基因调控一、二次枝梗的伸长和发育

4.3 PDM1基因是细胞分裂素的受体

4.4 两个穗发育相关基因克隆的意义

参考文献

致谢

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