水稻籽粒葉酸含量QTL分析及生物強(qiáng)化.pdf

1、葉酸(維生素B9族)含量是稻米重要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)性狀之一。本文從控制葉酸含量的數(shù)量性狀位點(diǎn)分析和外源基因表達(dá)開展稻米葉酸強(qiáng)化研究。針對(duì)水稻種質(zhì)資源進(jìn)行高葉酸種質(zhì)篩選,并考察了儲(chǔ)藏時(shí)間和蒸煮對(duì)稻米葉酸含量的影響；通過(guò)利用Lemont／特青RIL群體和Koshihikari×Kasalath BIL群體進(jìn)行了稻米葉酸含量QTL分析;利用擬南芥來(lái)源的7個(gè)葉酸合成途徑相關(guān)基因進(jìn)行水稻葉酸生物合成代謝改造,同時(shí)對(duì)水稻內(nèi)源葉酸生物合成途徑基因的表達(dá)與調(diào)控

2、進(jìn)行分析,主要研究結(jié)果如下:
　　 1.利用優(yōu)化的三酶法和微生物法對(duì)78份水稻種質(zhì)資源進(jìn)行葉酸含量測(cè)定。不同品種的糙米和精米葉酸含量變化范圍分別為13.3～111.4μg／100g和10.3～77.7μg／100g。朝陽(yáng)早18,特青,大白谷13及青豐矮為高葉酸含量品種,其糙米葉酸含量均大于100μg／100g。儲(chǔ)藏和蒸煮過(guò)程使稻米葉酸含量分別損失了23％和48.3％。地方品種老鼠牙在蒸煮后葉酸含量最高(26.3μg／100g),

3、如果以每日人均食用400 g的米飯進(jìn)行計(jì)算,它可以為人們提供每日推薦食用量的25％葉酸(國(guó)際推薦成人服用葉酸用量為400μg／100g)。因此,今后可望通過(guò)進(jìn)一步篩選高葉酸種質(zhì)用于水稻營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)常規(guī)育種。
　　 2.利用Lemont／特青重組自交系群體在2009～2010年2個(gè)環(huán)境中檢測(cè)到2個(gè)葉酸含量相關(guān)QTL(qFC-3a和qFC-3b),其中qFC-3b位點(diǎn)在兩年中穩(wěn)定表達(dá),貢獻(xiàn)率平均為13.4％。利用Koshihikari／

4、Kasalath／／Koshihikari回交重組自交系群體在2010年檢測(cè)到1個(gè)葉酸含量相關(guān)QTLqFC-3c,其貢獻(xiàn)率為24.8％,該群體中不同位點(diǎn)間存在上位性互作。
　　 3.在T2代轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植株中,系統(tǒng)分析了擬南芥來(lái)源的7個(gè)葉酸合成途徑相關(guān)基因?qū)λ救~酸生物強(qiáng)化的作用,主要包括以下三種類型:(1)過(guò)表達(dá)AtGCH1,AtDHFS和AtFPGS基因能夠提高種子葉酸含量,相對(duì)于野生型分別提高了265.8％～505.4％,8

5、.0％～17.0％和1.2％～21.2％,然而其葉片平均葉酸含量分別降低32.3％,20.2％和0.8％；(2)過(guò)表達(dá)AtDHNA和AtADCL基因使種子平均葉酸含量比野生型分別降低10.5％和12.9％,AtADCL轉(zhuǎn)基因株系的葉片平均葉酸含量相對(duì)野生型降低21.8％；(3)AtHPPK和AtDHFR轉(zhuǎn)基因株系的種子平均葉酸含量均與野生型無(wú)顯著差異,但是AtHPPK基因的一個(gè)轉(zhuǎn)基因株系A(chǔ)263-10,其種子平均葉酸含量相對(duì)野生型提高9

6、.4％,過(guò)表達(dá)AtHPPK和AtDHFR基因使葉片平均葉酸含量分別比野生型降低了25.5％和27.0％?？梢?jiàn),異源表達(dá)擬南芥基因AtGCHI,AtDHFS和AtFPGS對(duì)種子葉酸含量的提高具有正向效果,過(guò)表達(dá)其它基因不利于種子葉酸含量的積累或起負(fù)向作用。
　　 4.水稻幼根、幼莖、幼葉,成熟根、莖、葉、25DPA的胚與胚乳均具有從頭合成葉酸的能力。這些組織中的內(nèi)源葉酸含量從高至低依次為幼葉>成熟葉片>胚>幼根>幼莖>成熟根>成熟

7、莖>25天胚乳。水稻種子發(fā)育10～30DPA過(guò)程中總?cè)~酸含量依次降低。而種子葉酸合成途徑基因的表達(dá)與其葉酸含量變化趨勢(shì)不同。單拷貝基因OsGCHI,OsDHFS和種子優(yōu)勢(shì)表達(dá)基因之一OsDHNAⅢ在種子發(fā)育10～30DPA過(guò)程中表達(dá)逐漸升高而后下降。其它種子優(yōu)勢(shì)表達(dá)基因OsADCLⅠ和OsFPGSⅠ與單拷貝基因OsADCS和OsHPPK的表達(dá)趨勢(shì)一致,即隨著種子的發(fā)育表達(dá)量逐漸增加,并在種子發(fā)育30DPA時(shí)達(dá)到最高。OsDHFRⅠ基因在

8、種子發(fā)育不同時(shí)期(10～30DPA)呈現(xiàn)組成型表達(dá)的特點(diǎn),OsDHFRⅡ隨著種子發(fā)育表達(dá)量迅速下降。OsDHNAⅠ,OsDHNAⅡ和OsFPGSⅡ基因在種子發(fā)育過(guò)程中無(wú)顯著變化。因此單拷貝基因OsGCHI,OsDHFS,OsADCS和OsHPPK,種子優(yōu)勢(shì)表達(dá)基因OsDHNAⅢ,OsADCLⅠ和OsFPGSⅠ及持續(xù)高表達(dá)的OsDHFRⅠ,基因可能在種子葉酸從頭合成過(guò)程中具有重要作用。
　　 5.水稻葉酸合成途徑內(nèi)源基因受葉酸變化

9、水平的調(diào)控。轉(zhuǎn)化AtGCHI基因(擬南芥來(lái)源的GTP環(huán)化脫羧酶基因)的水稻轉(zhuǎn)基因株系中,種子葉酸含量比野生型提高了3.7～6.1倍,其內(nèi)源基因OsDHNAⅡ,ADCS和FPGSⅠ,Ⅱ的表達(dá)量較野生型顯著降低。葉片葉酸含量比野生型平均降低32.3％,而其內(nèi)源基因OsGCHI,OsADCS,OsADCLⅡ,OsHPPK,OsFPGSⅠ和OsFPGSⅡ均有顯著提高。因此,水稻葉酸合成途徑的調(diào)控可能存在反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,受葉酸含量影響而產(chǎn)生表達(dá)量變