水稻穗退化突變體spd11和黃化轉(zhuǎn)綠突變體d78的遺傳分析與基因克隆.pdf

1、1.水稻穗退化突變體spd11的遺傳分析與基因定位
　　水稻產(chǎn)量主要由4個(gè)重要因素決定，單位面積有效穗數(shù)、每穗著粒數(shù)、千粒重、以及結(jié)實(shí)率，而穗作為產(chǎn)量的最終表達(dá)部位，與水稻產(chǎn)量息息相關(guān)。開展穗部性狀相關(guān)基因的發(fā)掘、克隆及功能研究有利于探明水稻穗部發(fā)育調(diào)控機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)培育高產(chǎn)水稻品種具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)利用甲基磺酸乙酯(EMS)處理粳稻品種中花11的直立密穗突變體dense and erect panicle2獲得一份穗退化突變體s

2、pd11，并對(duì)其農(nóng)藝性狀、遺傳規(guī)律、基因定位及候選基因進(jìn)行研究，主要結(jié)果如下:
　　(1)大田條件下，與其對(duì)照親本相比，spd11植株劍葉長(zhǎng)度增加23％;穗部一次枝梗明顯縮短，且一次枝梗數(shù)量減少58％;小穗幾乎完全退化為白色絮狀物，偶爾可見個(gè)別退化不完全的穎花著生，且該穎花僅由一個(gè)完全閉合的穎殼組成，不能正常結(jié)實(shí)。除此以外，spd11的分蘗數(shù)及劍葉寬等農(nóng)藝性狀無顯著差異。
　　(2)spd11的突變性狀由一對(duì)隱性核基因控制，

3、利用分子標(biāo)記將該突變基因定位于第1染色體長(zhǎng)臂兩個(gè)In/Del標(biāo)記chl-2295和chl-2299之間約43.2 kb的區(qū)域內(nèi)，遺傳距離分別為0.23cM和0.46cM。
　　(3)測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，spd11突變體中OsLOG基因編碼區(qū)第116位堿基G突變?yōu)閴A基A，造成編碼蛋白的第39位半胱氨酸(C)突變?yōu)槔野彼?Y)。對(duì)已報(bào)道的多個(gè)log等位突變體的突變位點(diǎn)和突變表型嚴(yán)重程度的比對(duì)分析表明，spd11突變位點(diǎn)可能處于OsLOG蛋白

4、功能的關(guān)鍵位點(diǎn)。SPD11可能是細(xì)胞分裂素激活酶基因OsLOG的等位基因。
　　2.水稻黃化轉(zhuǎn)綠突變體d78的遺傳分析與基因克隆
　　高等植物葉綠素作為參與葉片光合作用的重要色素，影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成。葉色突變體是開展光合作用研究的理想材料，它在植物的光合色素合成、葉綠體結(jié)構(gòu)功能分化與發(fā)育等基礎(chǔ)研究中具有重要作用。本研究通過EMS誘變粳稻品種日本晴，得到一份黃化轉(zhuǎn)綠突變體d78，并對(duì)其農(nóng)藝性狀、光合色素含量、葉綠體

5、結(jié)構(gòu)、遺傳規(guī)律、突變基因定位克隆及功能互補(bǔ)進(jìn)行研究，主要結(jié)果如下:
　　(1) d78突變體在苗期表現(xiàn)為淡黃色，隨后葉片隨著生育進(jìn)程逐漸轉(zhuǎn)綠，直至成熟期其葉色與野生型相比仍然偏黃。d78在苗期生長(zhǎng)較為緩慢，抽穗期比野生型推遲。d78每株有效穗數(shù)與野生型相比顯著減少(-39.9％)，穗長(zhǎng)以及千粒重分別減少7.1％和10.7％，株高、每穗著粒數(shù)和結(jié)實(shí)率則沒有明顯差異。
　　(2)與野生型相比，苗期到抽穗期d78的總?cè)~綠素含量減少

6、26.4％-41.9％，Chla含量減少25.3％-42.9％，Chlb含量減少30.7％-37.9％，類胡蘿卜素含量減少14.8％-20.3％。d78葉肉細(xì)胞的葉綠體形狀和大小規(guī)則，與野生型相比并無明顯變化，但d78的葉綠體內(nèi)腔膨脹，葉綠體內(nèi)部基粒垛疊減少且排列松散，類囊體膜排列混亂，嗜餓顆粒數(shù)量增加。
　　(3)d78的突變性狀由一對(duì)隱性核基因控制，利用分子標(biāo)記將該突變基因定位于第1染色體長(zhǎng)臂兩個(gè)In/Del標(biāo)記Z2和Z3之間

7、約66.0kb的染色體區(qū)域內(nèi)，遺傳距離分別為0.19cM和0.10cM。
　　(4)對(duì)定位區(qū)間內(nèi)15個(gè)預(yù)測(cè)基因進(jìn)行遴選，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)基因編碼葉綠體前體物質(zhì)。測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，d78中該基因編碼區(qū)第741堿基由G突變?yōu)锳，造成編碼其蛋白第250位色氨酸(W)的密碼子突變?yōu)榻K止子。D78基因編碼一個(gè)含有393個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)N端有一個(gè)由23個(gè)氨基酸殘基組成的葉綠體定位信號(hào)，同時(shí)該蛋白還含有一個(gè)由23個(gè)氨基酸殘基組成的跨膜結(jié)構(gòu)域。