水稻强休眠品种N22及其弱休眠突变体种子休眠机制研究

摘要

水稻种子休眠性是一个重要农艺性状。在水稻生产中推广的品种应具有一定程度的休眠性，如果品种休眠性过高则会导致品种田间出苗不整齐，不利于栽培群体的建立。反之如果品种休眠性过低，则极易导致品种成熟期遇多雨天气发生穗发芽现象，从而大大降低水稻产量和品质。因此，挖掘水稻休眠性相关基因，研究种子休眠形成的分子机理，培育适度休眠性的水稻品种具有重要意义。N22是休眠性极强的水稻品种，种子成熟时种子处于休眠状态，一般不发芽，通过400Gy的60Co对其辐射诱变处理，筛选获得两个弱休眠的突变体Q4359和Q4646，种子成熟时发芽率达40％。本研究对两个突变体进行休眠性相关的表型观察，并进一步对野生型及突变体开花后第24天的种子进行基因芯片微阵列分析，试图阐明导致突变体种子休眠性减弱的分子机制。主要结果如下:
　　1.野生型的发芽率一般为0％，而Q4359和Q4646突变体在不同年份因受不同环境的影响而表现不同的发芽情况。近几年的鉴定结果表明，突变体总体发芽率介于20％-40％之间，种子休眠性显著弱于N22。两个突变体休眠性接近，Q4359的休眠性略弱于Q4646。与野生型N22相比，Q4359和Q4646休眠性破除速率更快，且Q4359休眠性破除速略快于突变体Q4646。对种子进行去壳处理发现N22和突变体的发芽率均显著提升，认为N22其中一部分的休眠性可能是由于种壳不透水或不透气造成的。对野生型N22及Q4359和Q4646种子吸水速率进行检测发现，N22的种子吸水速率要低于突变体Q4359。检测了抽穗后第24天和第28天种子中α-淀粉酶的活性和过氧化氢的含量，发现Q4359和Q4646的α-淀粉酶的活性是N22种子的3到5倍，开花后24天的Q4359种子中过氧化氢的含量明显高于N22。
　　2.N22和Q4359种子内ABA含量并没有明显的差异，提示Q4359不是ABA缺陷型突变体，但与N22相比，Q4359和Q4646种子萌发时对ABA敏感性下降。虽在低浓度ABA处理时两者对ABA的敏感性差异不明显，但在20μM浓度ABA处理下，Q4359和Q4646对ABA敏感性明显降低。表现钝感，因此。进一步检测了ABA信号通路的两个重要基因ABI3和ABI5在突变体和野生型中的表达水平。表明两个基因在突变体中表达水平显著低于N22。突变体的ABA信号通路可能受到阻碍。
　　3.遗传分析实验表明Q4359和Q4646休眠性状受显性单基因控制，Q4359/N22 F1和Q4646/N22 F1与N22的发芽率相似。Q4359/N22 F2和Q4646/N22 F2在储存到50天时发芽率呈现双峰分布，在Q4359/N22 F2中，153林表现为野生型，50株为突变体表型，分离比例符合3∶1（x2=0.21＜x20.05=3.84）;在Q4646/N22 F2中，149株表现野生型，53株为突变表型，分离比也符合3∶1(x2=2.04＜x20.05=3.84)。
　　4.通过基因芯片微阵列分析开花后第24天野生型和突变体种子中基因表达水平的相关数据，显示Q4359和N22之间转录水平差异程度高于1.5倍的基因共有6605个，其中转录水平差异程度高于2倍的基因总有2897个。而在Q4646和N22之间转录水平差异程度高于1.5倍的基因共有2138个，其中转录水平差异程度高于2倍的基因共有773个。分析显示Q4359与N22在种子休眠性上的差异可能是由于Q4359中ABA信号通路减弱，而GA生物合成增强及信号通路增强导致的。此外，Q4359中一些与ROS相关的基因表达增强，导致ROS含量上升，进而导致Q4359的发芽率上升。通过一些ROS供应剂和ROS清除剂处理，验证了上述结果。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 种子休眠性

1．1 种子休眠性定义与意义

1．2 种子休眠的类型

1．3 环境对种子休眠的影响

1．4 种子的萌发

1．5 种子休眠产生的机理和研究进展

1．6 休眠的破除

2 水稻种子休眠特性和研究进展

2．1 Sdr-1的精细定位

2．3 qSdn-1和qSdn-5

2．4 Sdr4的克隆

3 本研究的目的和意义

第二章 水稻强休眠品种N22及其弱休眠突变体种子休眠机制研究

1 材料与方法

1．1 供试材料

1．2 发芽表型鉴定

1．3 农艺性状的调查

1．4 去壳试验

1．5 吸水速率检测

1．7 过氧化氢含量测定

1．8 ABA含量的测定

1．9 外源ABA处理实验

1．10 RNA样品的制备

1．11 遗传分析的方法

1．12 外源ROS处理及清除剂处理实验

1．13 实时荧光定量RT-PCR

1．14 微阵列杂交分析

2 结果分析

2．1 发芽表型分析和生理特性分析

2．2 Q4359和Q4646与ABA的关系

2．3 Q4359和Q4646的遗传分析

2．4 N22及突变体差异表达基因的分析

第三章 讨论与总结

1 讨论

2 本研究的结论

3 本文的创新之处

参考文献

致谢