水稻Ds插入具芒突变体的鉴定与相关基因的克隆

摘要

芒是禾本科植物小花外稃上的突出物，是禾本科植物的外稃顶端由中肋延伸而成的结构。芒作为野生稻中普遍存在的一个结构，可以帮助种子散布，同时防止鸟兽啄食。但是，在长期的人工选择和品种选育过程中，芒作为一个对收割不利的性状逐渐被淘汰。水稻和其他人工种植的作物一样，从野生种到栽培品种经过了漫长的驯化过程。研究水稻基因组内到底发生了何种变化，导致从有芒到无芒，对于认识水稻驯化的过程与机制有重要意义。开展水稻芒发育相关基因的定位、克隆及作用机理等方面的研究，对实现水稻驯化的定向改良也具有十分重要的理论意义和应用价值。本研究对Ds插入产生的水稻具芒突变体进行了初步鉴定，这将为揭示水稻芒发育相关的生物学机制提供线索，同时为利用芒发育相关基因分析稻属植物系统演化积累资料。本研究主要包括以下两方面的内容：
　　 1.具芒突变体的形态、生理鉴定。随机选取具芒突变体与野生型各53株，测量并记录该突变体与野生型的株高、分蘖数及芒长，并通过SPSS软件分析其差异。
　　 结果显示，有芒突变体在株高、分蘖数和芒的长度上与野生型均有显著差异。野生型的株高为70.35±3.80 cm，突变体的株高为90.54±4.67 cm，差异显著；野生型的分蘖数为18.19±4.52，突变体的分蘖数为13.68±2.50，存在显著差异；野生型植株无芒，而Ds插入突变体有芒。随机量取了100粒Ds插入突变体的芒长，其长度跨度较大，从0.2 cm到3.7 cm不等，平均值为1.3 cm；另外，在种子萌发的过程中，Ds插入突变体的萌发势较野生型弱。
　　 2.Ds侧翼序列的扩增及Ds标签基因的结构和功能预测。采用TAIL-PCR方法从该突变体中克隆了Ds插入的侧翼序列，并以该序列作为待查询序列进行核苷酸序列数据库(NCBI-BLAST)在线比对分析，找到Ds插入部位基因，并用生物信息学软件分析插入部位基因结构、功能。
　　 结果显示，克隆的Ds侧翼序列插入在7号染色体Os07g0588700前1339 bp处。以FGENESH和GeneMark.hmm两种软件分别对Ds插入基因的结构进行分析，两种软件的预测结果基本吻合，在外显子的数目、大小、位置等方面均得到高度一致的结果。同时用软件NCBI Entrez server和Pfam对该基因进行功能预测，推测的该基因编码产物含1个锌指区CX2CX3FX5LX2HX3H，且含高度保守的QALGGH保守区，推测为水稻的锌指蛋白(zinc finger protein)。
　　 综合形态、生理鉴定和分子分析结果，初步认为，Ds插入影响了水稻锌指蛋白的表达调控，从而使突变体产生了具芒的表型。