水稻脆性突變體fp2的遺傳分析、表型分析和候選基因預(yù)測.pdf

1、機械強度是水稻(Oryza sativa L.)的重要農(nóng)藝性狀之一，反映了植物細胞壁的物理特性。研究與機械強度改變有關(guān)的突變體有助于揭示與莖稈機械強度、支撐力等有關(guān)的細胞壁生物合成機理和相關(guān)基因的調(diào)控機制及途徑。脆性突變體及其相關(guān)基因的研究對于提高水稻的產(chǎn)量、抗倒伏性、抗病、抗蟲和抗逆性等方面都具有重要意義；脆性突變體相關(guān)基因的研究在提高秸稈的利用率、提高木本植物中纖維素的含量和質(zhì)量等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本研究對一份脆性突變體進行了

2、分離鑒定、表型分析、遺傳分析、基因精細定位和候選基因克隆等方面的研究。取得了主要的結(jié)果如下： 1．從秈稻材料E優(yōu)532的EMS誘變后代中分離鑒定出一份脆性突變體fp2。該突變體fp2與其野生型E優(yōu)532相比，機械強度明顯下降(根、莖稈、葉片、籽粒等易碎)、株高明顯降低、株型較散、葉片呈現(xiàn)下披狀態(tài)、根長度變短且生長緩慢。 2．對fp2和其野生型進行了物理性質(zhì)和化學(xué)組成成分方面的研究。結(jié)果表明，fp2的機械強度明顯下降，莖稈

3、折斷力為野生型的70％，莖稈延伸率為野生型的65％，反映出fp2突變影響了植株的機械強度和延伸率。fp2細胞壁的化學(xué)組成成分含量也發(fā)生了很大的變化，纖維素和木質(zhì)素的含量下降，僅為野生型的75％和60％：半纖維素和硅含量分別上升30％和31％。 3．對fp2和其野生型進行了細胞解剖學(xué)方面的觀察研究。石蠟切片結(jié)果顯示，fp2的薄壁組織細胞較野生型長度變短，寬度稍微增大，這可能就是導(dǎo)致植株外觀形態(tài)發(fā)生變化的直接原因。掃描電鏡觀察結(jié)果表

4、明，fp2的厚壁組織細胞壁明顯變薄且結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐环N中空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而野生型的厚壁組織細胞壁結(jié)構(gòu)致密；突變體根部的表皮細胞形狀不規(guī)則且排列錯亂，野生型根部細胞狹長且排列整齊。透射電鏡觀察顯示，突變體的單個細胞細胞壁較其野生型明顯變薄且部分細胞壁存在缺失現(xiàn)象，而導(dǎo)管等組織的細胞壁纖維素的排列結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，變得錯亂復(fù)雜。 4．脆性基因的遺傳分析。通過田間調(diào)查和對四個F2遺傳群體(蜀恢527/fp2、93-11fp2、日本晴/f

5、p2和粳89/fp2)的研究發(fā)現(xiàn)，fp2脆性性狀受一對隱性基因控制，該基因在四個群體中的分離均遵循孟德爾單基因遺傳分離規(guī)律。 5．完成了對fp2基因的精細定位。利用日本晴/fp2群體進行fp2基因的分子定位，首先將fp2基因定位到第10染色體的長臂端SSR標記，遺傳距離分別為1.1cM和11.4cM。繼續(xù)利用RM271與RM258之間已公布的大號分子標記進行定位研究，將基因進一步定位于RM271與RM25547之間，遺傳距離為1

6、．1cM和4．7cM。根據(jù)初步定位結(jié)果，從RGP數(shù)據(jù)庫獲得fp2基因區(qū)域的局部物理圖譜并下載其中的Contig完整序列，根據(jù)相應(yīng)物理區(qū)段內(nèi)水稻堿基序列開發(fā)新的SSR．標記和InDel標記進行fp2基因的精細定位，最后將fp2定位于InDel2-15和InDel4-12之間大約69kb的物理范圍內(nèi)。 6．進行了候選基因的預(yù)測和初步分析。利用TIGR Rice Browse引擎、在線注釋軟件Rice Gaas和http://gene

7、s．mit.edu/GENSCAN,html對獲得區(qū)間序列進行基因預(yù)測注釋。獲得了7個候選基因:LOC_Oslog33040，LOC-Oslog33050,LOC-Oslog33070，LOC-Os10g33060，LOC-Os10g33080，LOC-Os10g33104，LOC-Os10g33130。其中LOC Oslog33040與蛋白質(zhì)綁定、細胞壁形成、蛋白改變、碳水化合物合成、生理學(xué)過程、膜蛋白等生命活動相關(guān)，可能是我們要尋找

8、的目的基因。 7．對fp2基因的可能功能進行了相關(guān)分析。fp2基因的突變引起了纖維素、木質(zhì)素含量的降低和半纖維素、硅含量的上升；突變降低了植株的機械強度；突變使植物細胞長度變短，細胞寬度增加；突變體的細胞壁厚度明顯降低，細胞壁結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則排列狀態(tài)；植株外觀形態(tài)發(fā)生了明顯的變化。但是植物厚壁組織細胞壁只是厚度發(fā)生改變并伴隨部分缺失，在排列結(jié)構(gòu)上沒有太明顯的變化，而導(dǎo)管等疏導(dǎo)組織的細胞壁在厚度降低的情況下結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化。f