不同基因型水稻砷耐受性的基因关联分析

摘要

水稻砷污染研究备受瞩目,已成为世界性环境与卫生研究热点问题。研究发现,提高水稻对砷的耐受性是解决水稻砷污染的有效途径之一。但不同基因型水稻的砷耐性存在显著差异,这迫切需要开发基因分子标记以对水稻的砷耐性进行快速鉴定。本实验采用植物生理学、分子生物学、生物信息学等多学科理论、技术与方法,系统研究了水稻中与砷吸收、转运和耐性相关基因在各参试基因型材料中的序列变异情况及其与各基因型砷耐性的关系。得到的主要结论如下:　　(1)根据砷胁迫下各基因型水稻根系相对伸长量、根系对砷的吸收能力(SAU)、砷转移速率(TF)等指标,对各参试栽培稻和野生稻的砷耐受性进行了鉴定。实验发现,野生稻对砷的耐性大于栽培稻;杂交稻对砷的吸收能力大于常规稻;所有参试水稻根系中砷含量远大于茎含量,约为后者的13.8倍。　　(2)除OsPIP2;7外,其余候选基因均存在多个SNP位点,其中OsNRAMP1、OsPIP2;4、OsPIP2;63个候选基因的多态性中存在非同义SNP,能够引起氨基酸的改变;Lsi1、Lsi2、OsPIP2;7、OsNIP2;2的外显子和内含子都存在多态性,但外显子的SNP均为同义SNP,未引起氨基酸的改变。　　(3)关联分析结果表明,OsNRAMP1的多态性与各基因型水稻砷耐性显著关联,可将其单体型开发为分子标记;OsPIP2;4序列多态性与水稻砷耐性不存在明显关联;OsPIP2;6比较有趣,其3’端的一个SNP位点可引起蛋白质编码提前终止,关联分析发现,与根伸长量和TF有一定关联,但与SAU无明显相关性;OsPIP2;7仅有2个SNP位点,且与水稻砷耐性无明显关联。此外,Lsi1序列变异与水稻砷胁迫下的根伸长量有关联。　　(4)砷胁迫下各基因型水稻中脯氨酸的含量与根伸长量、SAU、TF之间存在负相关,但仅与根伸长量的相关性达到显著水平。根中砷与铜含量呈显著负相关性,但在茎中,砷与却与铁的含量呈显著正相关性。

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1 文献综述

1.1水稻砷污染研究概述

1.1.1砷污染

1.1.2 砷在植物中的吸收和还原

1.1.3 砷在植物中的运输

1.1.4 砷在植物体内的积累

1.1.5甲基砷的研究

1.1.6不同基因型水稻对砷吸收、转运、积累的差异

1.2与亚砷酸盐吸收、转运、积累相关基因的研究

1.2.1 PIP亚家族基因

1.2.2 NIP亚家族基因

1.2.3 自然抗性基因

1.3 SNP研究概述

1.3.1 SNP概述

1.3.2 SNP的分类

1.3.3 SNP的特点

1.4基因关联分析

1.4.1基因关联分析的特点

1.4.2 基因关联的分类

1.5本研究的目的与意义

2 水稻砷耐性鉴定及与候选基因序列变异的关联分析

2.1实验方法与步骤

2.1.1水稻材料

2.1.2 水稻的培养

2.1.3 水稻砷胁迫处理

2.1.4 候选基因序列的扩增与测序

2.1.5 水稻砷含量测定

2.1.6脯氨酸的测定

2.1.7 候选基因荧光定量PCR

2.1.8统计分析

2.2结果与分析

2.2.1 不同基因型水稻的砷耐受性比较分析

2.2.2 候选基因多态性分析

2.2.3候选基因序列变异与水稻砷耐性的关联分析

2.2.4候选基因在根系和叶片中的表达分析

2.2.5 水稻根和茎中砷、铜、铁元素含量的相关性分析

2.2.6水稻叶片中脯氨酸含量与砷耐性相关性分析

2.3结果与讨论

2.3.1 各参试基因型水稻的砷耐受性不同

2.3.2 候选基因的关联分析

2.3.3 候选基因的表达分析

2.3.4 水稻根和茎中砷、铜、铁元素的相关性分析

2.3.5 水稻砷胁迫对脯氨酸含量的影响

参考文献

致谢