水稻圆粒突变体T135和窄叶突变体T88的鉴定与基因定位

摘要

稻米粒型既是重要的外观品质之一，也是影响产量的重要因素。因此，克隆调控水稻粒型的基因一直是育种工作者的研究热点。水稻粒型是一个复杂的、受多基因控制的性状。本课题第一部分的研究材料是一个以粳稻Kita-ake（北秋）为背景的半矮杆圆粒突变体，命名为T135。我们对Kita-ake与T135的部分农艺性状进行了调查;另一方面，为了对调控粒型的基因进行定位，将T135与籼稻IR36进行杂交构建F2分离群体，在分离群体中挑选圆粒单株构建隐性基因池，利用均匀分布在水稻基因组12条染色体上的174个具有多态性的分子标记进行连锁分析。主要研究结果如下:
　　1.对野生型Kita-ake与突变体T135的农艺性状进行鉴定，结果显示T135株高相比于Kita-ake降低了约17％，属于半矮秆突变。Kita-ake与T135茎秆节间数相同，T135的矮化是由于节间长度的变化引起的:T135每个节间均比照Kita-ake有所缩短，然而就各节间缩短比例来看，T135的矮化类型更偏向d6型。对茎秆的横截面观察发现，T135的维管束与Kita-ake存在明显的形态差异，且基本组织的细胞层数稍多于Kita-ake，我们猜想这种变化可能是T135茎秆更粗壮的原因。对叶鞘内表皮细胞的观察发现，Kita-ake与T135的细胞长度没有显著差异，推测T135茎秆的缩短是由细胞数目而非细胞长度变化引起的。
　　2.水稻茎秆的生长发育往往受多种植物激素调控，其中影响较多的是赤霉素。分别对Kita-ake和T135进行外源GA3处理，结果显示随着GA3浓度的升高，Kita-ake和T135第二叶鞘长度增加，且在10-5mM和10-3mM浓度下，T135第二叶鞘长度稍低于Kita-ake,当GA3浓度达到0.1mM时，Kita-ake和T135第二叶鞘长度趋于一致。T135对外源施加GA3发生响应，在低浓度的GA3处理下恢复部分表型，说明T135体内的GA通路没有缺陷，但T135是否是GA合成缺陷突变体还需进一步验证。
　　3.相比于Kita-ake，T135籽粒表现为更加短圆。对农艺性状数据进一步统计结果显示:相对于Kita-ake，T135籽粒粒长减少了约15％，粒宽和粒厚分别增加了约14％和13％;同样的，T135的糙米粒长比Kita-ake减少了约22％，粒宽和粒厚分别增加了约13％和10％。除此之外，T135千粒重也相比于Kita-ake减少约7％。为了探究造成T135粒型变化的原因，我们在细胞学水平上对颖壳外表皮进行了观察。扫描电镜结果显示:T135颖壳外表皮的细胞形态发生了变化，由原来的球状凸起变成脊状凸起，同时细胞宽度增加，我们认为这些变化在一定程度上可以解释T135的圆粒表型。
　　4.除了株高、粒型之外，T135在叶夹角、穗型、结实率等方面亦发生了变化。调查T135/IR36的F2分离群体发现株高、粒型和叶夹角这三个性状不连锁，推测它们可能由三个不同的基因控制。实验旨在克隆控制其粒型的基因，因此在F2分离群体中挑选圆粒单株进行连锁分析，最终将目的基因定位在第10染色体长臂上，位于分子标记Dly-3与T135-10-13之间，两个分子标记之间的物理距离为1.15M。
　　叶片形态是水稻株型的重要构成因素，叶片面积影响光合效率从而影响产量。本课题第二部分的研究材料是一个以粳稻Kita-ake为背景的半矮秆窄叶突变体，命名为T88。对Kita-ake与T88的农艺性状进行调查，结果显示它们在株高、叶宽、籽粒大小及结实率等农艺性状上均存在显著差异。同时，为了对调控叶宽的基因进行定位，将T88与籼稻IR36进行杂交构建F2分离群体，在分离群体中挑选窄叶单株作为隐性基因池，利用均匀分布在水稻基因组12条染色体上的225个具有多态性的分子标记进行连锁分析。主要研究结果如下:
　　1.对野生型Kita-ake与突变体T88的农艺性状进行鉴定，结果显示T88株高显著降低。Kita-ake与T88茎秆节间数相同，因此我们认为T88的矮化是由于节间长度的变化引起的:T88每个节间均比照Kita-ake有所缩短，就各节间缩短比例来看，T88的矮化类型更偏向dm型。
　　2.观察Kita-ake和T88的剑叶横截面，发现T88的小维管束数目比Kita-ake减少，推测T88的窄叶表型可能与小维管束的数目减少相关。
　　3.利用Kita-ake和T88正反交后代进行遗传分析，结果显示T88的矮秆和窄叶表型由同一个隐性核基因控制。在T88/IR36的F2分离群体中挑选极端窄叶的植株进行连锁分析，最终将目的基因定位在第1染色体长臂上，位于分子标记T88-1-13与T88-1-21之间，两个分子标记之间的物理距离为1.5M。

目录

声明

摘要

缩略词表及英汉对照

第一章 文献综述

1 水稻株高的研究进展

1．1 水稻矮化突变体的分类

1．2 水稻植株矮化受多种因素调控

1．3 水稻株高与赤霉素(GA)

2 水稻粒型的研究进展

2．1 水稻粒型的遗传

2．2 已克隆的水稻粒型相关基因

3 水稻叶宽的研究进展

3．1 理想株型的研究历史

3．2 理想株型的研究进展

3．3 水稻叶片的研究进展

4 图位克隆的原理

5 本研究的目的和意义

第二章 水稻圆粒突变体T135的鉴定及基因定位

1．材料与方法

1．1 试验材料

1．2 田间种植

1．3 农艺性状考察

1．4 组织学观察

1．5 GA处理实验

1．6 DNA的提取

1．7 基因初定位及分子标记的开发

1．8 RNA的提取及实时荧光定量PCR

1．9 PCR产物的回收及测序

2 结果与分析

2．1 T135的农艺性状调查

2．2 细胞学观察

2．3 GA通路探究

2．4 突变基因初定位

3 小结及讨论

3．1 表型变化的原因

3．2 候选基因预测

3．3 需要进一步精细定位

第三章 水稻窄叶突变体T88的鉴定及基因定位

1．材料与方法

1．1 试验材料

1．2 田间种植

1．3 农艺性状考察

1．4 石蜡切片观察

1．5 DNA的提取

1．6 基因初定位及分子标记的开发

2 结果与分析

2．1 T88的农艺性状调查

2．2 水稻叶片的细胞学观察

2．3 遗传分析

2．4 突变基因初定位

3 小结及讨论

3．1 表型变化的原因

3．2 转录因子定位

3．3 需要进一步精细定位

参考文献

附录

致谢