水稻颖壳开裂和长根突变体的遗传分析及基因定位

摘要

水稻是我国重要的粮食作物之一，也是单子叶植物分子发育生物学研究的模式植物。水稻花器官的形态和数量与产量有着密切关系，发掘更多的水稻花器官突变体，有利于进一步鉴定和克隆与水稻花器官发育相关的基因，在单子叶植物花发育机理研究中也具有重要的理论和实际意义。此外，水稻根系作为植株吸收水分和养分的主要部分，对水稻营养生长及生殖生长均具有重要作用。本实验利用甲基磺酸乙酯诱变日本晴后获得颖壳开裂突变体和长根突变体，分别命名为ucgl（unclosed-glume）突变体和lr1（long root1）突变体，对植株花器官和地下根系的相关基因进行遗传分析和基因定位。研究结果有利于从分子水平上更好地了解UCGL和LR1基因的遗传机理，在花器官和根系分子机理研究方面具有一定的参考价值。主要结果如下:
　　ucgl突变体:
　　1.ucgl突变体的颖壳不能正常闭合，种子成熟后畸形，结实率明显降低，主穗轴维管束和二次枝梗维管束数目减少，一次枝梗维管束无差异。突变体和野生型的浆片在颖花开放前期无差异，但突变体的浆片比野生型能保持更长时间的膨胀状态。因此，ucgl突变体浆片萎焉慢可能是引起其颖壳不能正常闭合的的外在原因之一。
　　2.在ucgl突变体与野生型日本晴杂交的F2中，正常株与突变株分别有182株和48株，x2=2.89＜x0205=3.84，符合3∶1的比例。遗传分析结果表明颖壳开裂突变体的突变性状受一对隐性基因控制。
　　3.将颖壳开裂基因精细定位在第8号染色体长臂标记R8UM89和RM23258之间(118kb)，数据库分析发现该区段内共有13个开放式阅读框。基因组和cDNA测序结果均表明该侯选区间内的一个注解基因（IRGSP编号:Os08g0459600）发生了碱基变化，表现为ucgl突变体的候选基因ORF区发生了C-T碱基替换，其编码推定功能为十二氧植物二烯酸还原酶的合成基因，该酶为茉莉酸(JA)合成的关键酶。ucgl突变体在开花时不同时刻的JA含量均低于对照日本晴植株，进一步说明Os08g0459600是UCGL最佳侯选基因。
　　lr1突变体:
　　1.lr1突变体的主根长、不定根数、侧根数、根冠比测定结果发现，长根突变体的主根长度、根冠比和侧根数显著大于野生型，但其不定根数两者的差异不明显。穗部性状分析发现，长根突变体的千粒重、穗长、一次枝梗和二次枝梗数均大于野生型，且lr1突变体的主穗轴维管束也多于野生型植株。
　　2.lr1突变体与日本晴杂交的F2中，正常表型与突变表型的植株分别为136株和64株，x2=2.41＜x20.05=3.84，符合3∶1的比例。遗传分析结果表明该长根突变表型受一对隐性单基因控制。
　　3.利用SSR分子标记将该LR1基因定位于第10号染色体长臂上，位于标记RM304和RM7300之间，遗传距离分别为2.0cM和3.5cM。

目录

声明

论文说明

致谢

术语表

摘要

1 引言

2 文献综述

2．1 植物花器官研究

2．1．1 花器官发育的ABCDE模型

2．1．2 植物花器官结构及功能

2．1．3 水稻花器官的发育

2．1．4 水稻颖壳开闭机理和浆片的作用机理

2．1．5 水稻维管束与颖壳开闭的关系

2．1．6 植物激素茉莉酸与颖花发育关系

2．1．7 OPR基因家族

2．2 植物根系研究

2．2．1 水稻根系

2．2．2 水稻根系分布及其根冠比与地上部分关系

2．2．3 水稻根相关基因的研究

2．2．4 水稻长根的意义及研究

3 材料与方法

3．1 实验材料

3．2 表型鉴定方法

3．3 细胞学观察

3．3．1 扫描电镜观察

3．3．2 冷冻切片观察

3．4 基因定位克隆方法

3．4．1 DNA的提取

3．4．2 SSR分析方法

3．4．3 突变基因的定位

3．4．4 侯选基因预测及测序方法

3．4．5 RT-PCR

3．5 JA的测定

4 结果与分析

4．1ucgl突变体分析和基因定位

4．1．1 ucgl突变体的表型分析

4．1．2 UCGL基因的定位结果

4．1．3 UCGL候选基因的注解与分析

4．1．4 UCGL基因突变位点的确定

4．1．5 ucgl突变体的JA测定和分析

4．1．6 ucgl突变体RT-PCR分析

4．2 lr1突变体分析和基因定位

4．2．1 lr1突变体的表型分析

4．2．2 遗传分析结果

4．2．3 长根突变体的定位结果

5 讨论

5．1 ucgl突变体

5．1．1 水稻颖壳开裂突变体研究的意义

5．1．2 OsOPR7为UCGL基因的最佳候选基因

5．1．3 ucgl突变体颖壳不能闭合的原因分析

5．1．4 UCGL基因调控JA合成而控制颖壳开裂

5．2 lr1突变体

5．2．1 lr1突变体对根系研究的意义

5．2．2 LR1基因定位结果的意义

5．2．3 LR1基因对产量形成的作用

参考文献

7 作者介绍

攻读学位期间论文发表和撰写情况