水稻粉质突变体w24的基因图位克隆和突变机理研究

Gene Map-Based Cloning and Mutation Mechanism of Rice Floury Endosperm Mutant w24

作者: 专业:作物遗传育种 导师:张文伟 年度:2014 学位:硕士  院校: 中国地震局工程力学研究所

Keywords

        淀粉是植物界数量最大的储备多糖。谷类作物胚乳中淀粉的含量以及化学组成是谷类作物产量以及食味品质的决定因素。探索淀粉代谢机制对于提高淀粉类作物产量和质量有着重要意义。淀粉突变体是研究水稻淀粉代谢途径的优良材料。本研究前期从粳稻品种越光(Koshihikari)辐射诱变材料中分离到一个粉质突变体w24,通过图位克隆证实突变基因为腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase, AGPase)大亚基L2。对w24进行表型和生理生化分析,探讨了w24突变的分子机理,同时为深入了解AGPase的作用机制奠定了基础。主要研究结果如下:1.w24籽粒去掉颖壳后,胚乳外观呈现不透明。扫描电镜观察显示,野生型越光的淀粉颗粒呈多面体,排列紧密,大小均匀;突变体w24淀粉颗粒呈规则圆形,排布松散,大小不一,颗粒之间间隙较大。与野生型相比,w24的千粒重极显著下降;粒厚下降;不同时期的灌浆速率分析表明,突变体的干物质积累量在整个灌浆期均低于野生型。2.与野生型相比,w24总淀粉含量极显著降低;直链淀粉含量显著下降;蛋白质含量极显著上升;可溶性糖的含量显著增加,其中葡萄糖的含量差异达到极显著水平。突变体w24的支链淀粉分子中聚合度(DP)为6-10的短链比例增加,而聚合度(DP)为11-35的支链比例降低。3.利用w24/南京11的F2群体将w24突变基因定位在第1条染色体长臂标记RM11383和HY10之间88.6Kb范围内。基因测序表明,该区间内基因LOC_Os01g44220的第五个外显子有一个碱基由T突变成G,导致第155位的氨基酸从亮氨酸变为脯氨酸。该基因编码AGPase 6勺一个大亚基OsAGPL2。4.荧光定量PCR和Western blotting表明,与野生型相比,w24中OsAGPL2的mRNA表达水平和蛋白水平均表现上升。但是酶活测定的结果表明,w24中AGPase的酶活显著下降,只有野生型的50%左右,是导致w24突变表型的主要原因。5. OsAGPL2突变造成AGPase其它亚基基因的表达也发生了一定的变化。荧光定量PCR结果显示,编码AGPase的6个基因的七种mRNA的表达水平都发生显著上调。6.利用同工酶活性电泳的方法检测野生型和w24淀粉合成酶的活性。结果显示,分支酶包括异淀粉酶(ISA)和普鲁兰酶(PUL),淀粉合成酶(SSI和SSⅢa),质体磷酸化酶(PH01和PH02)和淀粉分支酶(BEⅠ,BEⅡa和BEⅡb)的酶活在野生型和突变体中均没有显著差异。7.对不同灌浆时期的胚乳进行蔗糖含量测定,发现在开花后10-15天,突变体胚乳中的蔗糖含量显著高于野生型。但是同时期突变体对应植株叶片中的淀粉含量却要比野生型低,推测胚乳中积累的大量蔗糖可能对叶片的光合作用存在反馈抑制。
    
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