黎平雜邊禾dss-1突變體光合生理特性及基因定位研究.pdf

1、水稻作為重要的糧食作物，株高是其重要的農(nóng)藝性狀之一，研究水稻株高對(duì)水稻的穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)具有重要意義，因此，鑒定和創(chuàng)制水稻新的矮稈突變體，對(duì)進(jìn)一步揭示水稻株高生長(zhǎng)發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制具有重要意義。本研究利用化學(xué)誘變劑甲基磺酸乙酯（Ethyl Methyl Sulfonate, EMS）處理貴州地方稻種黎平雜邊禾后獲得一份小粒矮稈突變體（暫命名為dwarf small seed-1，dss-1），對(duì)其表觀性狀、光合生理特性、節(jié)間細(xì)胞結(jié)構(gòu)、對(duì)外源赤

2、霉素（Gibberellin, GA）及油菜素內(nèi)酯(Brassinosteroid, BR)敏感性及BR相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)行了分析，并構(gòu)建雜交群體對(duì)dss-1突變體進(jìn)行遺傳分析，以明確dss-1突變體矮化性狀的遺傳特性，還對(duì)該突變基因進(jìn)行了初定位研究，結(jié)果如下：
　　1突變體農(nóng)藝性狀及細(xì)胞形態(tài)
　　突變體表現(xiàn)出植株矮化、株型直立、葉色深綠、第二節(jié)間長(zhǎng)度極度縮短、劍葉短窄、籽粒小而圓、穗長(zhǎng)及倒1節(jié)長(zhǎng)度增加等性狀。成熟期dss-1突

3、變體株高98cm，高度為野生型(205.18 cm)的48％。對(duì)苗齡2周的突變體及野生型植株第二葉葉鞘及葉片表皮細(xì)胞觀察發(fā)現(xiàn)，突變體的表皮細(xì)胞長(zhǎng)度明顯較野生型縮短。對(duì)dss-1突變體各節(jié)間細(xì)胞進(jìn)行縱切觀察發(fā)現(xiàn)，與野生型細(xì)胞相比，dss-1突變體倒1、3、4節(jié)間細(xì)胞形態(tài)無(wú)明顯差異，細(xì)胞長(zhǎng)度變化不大；倒2節(jié)細(xì)胞長(zhǎng)度變短且圓，說(shuō)明dss-1突變體第2節(jié)間縮短是由于細(xì)胞長(zhǎng)度變短所致。
　　2突變體對(duì)外源GA及BR的響應(yīng)
　　外源GA

4、3處理該突變體無(wú)胚乳部分種子發(fā)現(xiàn)，其能誘導(dǎo)該突變體產(chǎn)生α-淀粉酶，表明dss-1突變基因與GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑無(wú)關(guān)；經(jīng)過(guò)外源GA3處理突變體苗期后，發(fā)現(xiàn)dss-1突變體第二葉鞘長(zhǎng)度未恢復(fù)至野生型長(zhǎng)度，一定程度上也說(shuō)明突變體對(duì)外源GA3不敏感，推測(cè)該突變體矮化性狀與活性GA生物合成途徑無(wú)關(guān)。在暗培養(yǎng)條件下，dss-1的中胚軸不伸長(zhǎng)，暗形態(tài)建成受到影響。而dss-1突變體對(duì)外源表油菜素內(nèi)酯BL敏感，推測(cè)該突變體可能與BR生物合成途徑有關(guān)。

5、>　　3突變體光合生理特性
　　為探討突變體dss-1生理生化變化，我們測(cè)定了超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過(guò)氧化物酶(Peroxidase, POD)、過(guò)氧化氫酶(Catalase, CAT)三種抗氧化酶活性和丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量，并以LI-6400XT光合系統(tǒng)進(jìn)行了光合生理特性分析。結(jié)果表明， dss-1突變體SOD、POD和CAT酶活性分別為8.12

6、 U/mg(prot)、28.60 U/mg(prot)、23.77 U/mg(prot)，均比野生型[SOD為7.75 U/mg(prot)、POD為27.23 U/mg(prot)及CAT為21.76 U/mg(prot)]略高，但差異未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明該突變基因與抗氧化酶不相關(guān)。MDA含量為0.90 nmol·mg?1(FW)，比野生型[0.57 nmol·mg?1(FW)]增加58%，差異達(dá)到極顯著水平。該突變體成熟期的光合速

7、率(8.9μmol·m-2·s-1)和葉綠素含量(4.8 mg·g-1·FW)比野生型(光合速率為6.7μmol·m-2·s-1，葉綠素含量為3.0 mg·g-1·FW)高24.72%和37.5%；分蘗期突變體光合速率(18.7μmol·m-2·s-1)和葉綠素含量(5.7 mg·g-1·FW)比野生型(光合速率是16.8μmol·m-2·s-1和葉綠素含量是4.5 mg·g-1·FW)增加了10.16%、21.05%。突變體dss-1

8、的初始熒光產(chǎn)量(Fo)是175.1，最大光合效率(Fv/Fm)為0.79，比野生型(Fo為141.01，F(xiàn)v/Fm為0.78)高19.50%和1.3%，電子傳遞速率(ETR)、PSII的光化學(xué)效率(ΦPSII)和光化學(xué)淬滅(qP)分別是96.73、0.16、0.71，均低于野生型(ETR是106.13、ΦPSII是0.20及qP是0.75)。說(shuō)明dss-1突變基因與該突變體光合生理特性和表型特征具有一定相關(guān)性。
　　4 dss-1

9、突變對(duì)BR合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)的影響
　　利用real-time PCR檢測(cè)dss-1突變體和野生型幼苗期中BR生物合成和信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，與野生型相比， BR合成途徑相關(guān)基因DWARF4、DWARF、D11、DWARF2及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因BRI1、MDP1、RAG1、BZR1的表達(dá)量均上調(diào)，其中合成途徑相關(guān)基因DWARF上調(diào)最明顯，是野生型的7.8倍；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因BRI1的表達(dá)上升幅度是野生型的5.3

10、倍左右。除了DWARF4、RGA1、MDP1外，其他基因表達(dá)量上調(diào)均高于2倍，說(shuō)明dss-1基因不是BR生物合成中DWARF4、DWARF、D11、DWARF2任何一個(gè)，也不是BR信號(hào)通路中BRI1、 MDP1、 RAG1、BZR1的其中一個(gè)，是一個(gè)與BR生物合成相關(guān)的基因。
　　5突變體矮稈性狀的遺傳特性及基因初定位
　　本研究構(gòu)建了dss-1與9311、銀桂粘及貴州黎平雜邊禾野生型3組雜交組合，研究突變體矮化性狀遺傳特性

11、，將dss-1與9311雜交組合F2群體作為dss-1突變基因的定位群體。研究發(fā)現(xiàn)，dss-1突變體與9311、銀桂粘及黎平雜邊禾野生型等材料的雜交F1代植株均表現(xiàn)為高稈性狀，未出現(xiàn)矮化植株。dss-1與9311、野生型及銀桂粘等雜交組合的F2代群體中，高稈植株與矮化植株分離比例為3：1。說(shuō)明dss-1突變體的矮化性狀是由于單基因隱性突變所致，初步命名為Dss-1基因。利用在兩親本間篩選出具有多態(tài)性的引物對(duì)突變基因池和正?；虺剡M(jìn)行擴(kuò)增