水稻突变体的鉴定及黄绿叶突变体T113的遗传分析和突变基因的精细定位

The Identification of Mutants and Genetic Analysis and Gene Mapping of A Yellow-green Mutant T113 in Rice(Oryza Sativ A L.)

作者: 专业:作物遗传育种 导师:江玲 年度:2015 学位:硕士  院校: 中国地震局工程力学研究所

Keywords

        水稻和小麦、玉米并称为世界上最重要的粮食作物。此外,在学术研究上,由于水稻的基因组与其他禾本科植物相比较小,已经成为禾本科作物研究的模式植物。现今,水稻全基因组已经测序完毕,水稻基因的功能研究有利于推动其他粮食作物的基因功能研究,促进粮食作物优良品种的选育。构建水稻突变体库是进行水稻基因功能研究最直接有效的方法,理化诱变突变频率高、方便快捷,为水稻突变体库构建提供了方便。叶片是植物光合作用的主要场所,是作物产量形成的基础。而叶色突变体表型明显、易于鉴定,突变表型遗传稳定,且通常在苗期即可观察,是研究植物叶绿体结构、功能以及光合作用、激素调节等的理想材料。本研究利用化学诱变法诱变W017、南京11号、12西糯、夏951和IRAT118后,通过多代考察苗期及成熟期的表型,鉴定植株形态性状突变体,最终获得了 53份稳定的突变体材料,并测量了其中部分材料的农艺性状。同时对本实验室前期鉴定获得的黄绿叶突变体T113进行了表型考察和基因的定位研究。主要结果如下:1.水稻突变体材料的鉴定:对实验室收集保存的130份品种资源南京11号、12西糯、夏951、IRAT118的EMS诱变材料和W017的MNU诱变材料的M4代突变体进行表型鉴定。最后从中筛选出53份表型变异稳定的突变体材料。对其中12份突变体的田间表型进行详细考察。2.水稻黄绿叶突变体T113的研究:(1)水稻黄绿叶突变体T113是从本实验室水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选而得到的。大田条件下,T113突变体在整个生育期均表现黄化,非常稳定。与野生型相比,T113株高显著变矮,仅为野生型的69%,抽穗期延迟约一周,穗子变小,结实率和千粒重下降。其他性状如剑叶长、剑叶宽和分蘖数也存在不同程度的差异。因此,突变体T113不仅叶色受到影响,植株的生长也受到了影响。(2)测量幼苗期和抽穗期的T113和野生型的光合色素含量,发现在这两个时期,T113的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都明显低于野生型,且幼苗期的差异比抽穗期更大。通过温敏实验,发现突变体的表型不受温度的影响,在20°C、23°C、26°C、30°C四个温度条件下,T113突变体均表现出黄绿叶表型。且光合色素含量均较野生型有显著降低。说明T113突变体是一个不受温度影响的温钝型叶色突变体。(3)对野生型Dongjin和T113突变体的叶片进行了透射电镜观察。结果表明:T113黄化叶片叶绿体中的类嚢体相对于野生型排列较为疏松、杂乱,且叶绿体内多出了很多嗜名垂后体,叶绿体比野生型整体颜色要暗。(4)进一步分析了野生型和突变体T113叶绿素合成和叶绿体发育相关基因表达情况。荧光定量PCR的结果显示,T113突变体中被检测的与叶绿素合成相关的基因表达量明显低于野生型,而叶绿体发育相关的基因中,参与叶绿体光合系统的PsaA、PsaB、Psb4和RbcL表达量显著增加,但NDH2和NDH4及参与叶绿体基因表达的RpoA表达量则明显降低。(5)利用T113分别与其野生型Dongjin以及籼稻品种N22杂交的F1与F2代群体进行遗传分析,结果显示T113的突变性状由1对隐性核基因控制。在突变体T113和籼稻品种N22杂交组合的F2群体中挑选极端隐性单株,利用SSR标记和Indel标记,最终将突变基因定位在水稻第2染色体上Indel标记CX2和JX18之间,其在日本晴基因组上的物理距离为79kb。在该区间内有12个预测基因。通过对区间内的基因进行测序后发现,基因Os02g0744900编码区的第1361位碱基发生单碱基突变,导致其编码的蛋白序列中第454位氨基酸由亮氨酸变成精氨酸。该基因的突变有可能就是导致T113出现黄化表型的原因,因此将该基因作为T113突变体的候选基因。该基因全长2577bp,编码一个香叶基香叶基还原酶。
    
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