精細(xì)定位控制抽穗期、株高和每穗穎花數(shù)的QTL與圖位克隆汕優(yōu)63中控制膠稠度、糊化溫度的基因.pdf

1、抽穗期、株高和每穗穎花數(shù)都是水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中重要農(nóng)藝性狀，在以前研究中我們?cè)诘?染色體著絲粒區(qū)段鑒定到一個(gè)同時(shí)影響抽穗期、株高和每穗穎花數(shù)的QTL。為了弄清這3個(gè)性狀是由一個(gè)基因還是多個(gè)緊密連鎖的基因控制和分離克隆該QTL，我們構(gòu)建了一個(gè)以珍汕97為背景的近等基因系Hd1。在Hd1中包含4個(gè)來(lái)自供體親本的片段，其中僅第7染色體上來(lái)自供體親本的區(qū)段與3個(gè)目標(biāo)性狀相關(guān)。用Hd1與珍汕97雜交構(gòu)建用于精細(xì)定位的F2大群體。F2群體單株的表型

2、可分為2類：一類為具有早抽穗、株高較矮和每穗穎花數(shù)較少等特征，與珍汕97表型類似；另一類具有晚抽穗、株高較高和每穗穎花數(shù)較多等特征，與明恢63表型類似。它們之間比例為1：3（隨機(jī)挑選190個(gè)單株統(tǒng)計(jì)結(jié)果，x2=0.11，P=-0.740）。
　　 在具有8400個(gè)單株的F2群體中，挑選1080個(gè)極端早抽穗的單株用于精細(xì)定位。這些極端早抽穗的單株都具有株高矮和每穗穎花數(shù)少的特征。通過(guò)對(duì)標(biāo)記與目標(biāo)性狀之間的重組單株分析，將控制目標(biāo)性

3、狀的基因定位在標(biāo)記RM3859和C39之間，與標(biāo)記RM5436和RM5499共分離。標(biāo)記RM3859和C39之間物理距離約為2.5 Mb，標(biāo)記RM5436和RM5499之間物理距離為912.4 kb。由于目標(biāo)基因位于著絲粒區(qū)段，發(fā)生重組抑制，所以無(wú)法通過(guò)擴(kuò)大群體來(lái)進(jìn)一步縮小目標(biāo)區(qū)間。
　　 直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度是評(píng)價(jià)水稻蒸煮食味品質(zhì)的重要指標(biāo)。本課題組以前的研究結(jié)果將控制這三個(gè)性狀的基因定位在第6染色體短臂末端與Wx基

4、因緊密連鎖的區(qū)段。為了弄清這3個(gè)性狀是由一個(gè)多效基因還是三個(gè)緊密連鎖的基因控制，我們利用本課題組構(gòu)建好的近等基因系珍汕97（Wxb）與珍汕97回交，得到5280個(gè)株系的F2大群體。從大群體中挑選1084株性狀與明恢63一致的單株用于圖位克隆。通過(guò)分子標(biāo)記分析將目標(biāo)基因定位在一個(gè)明恢63 BAC克隆35M22和對(duì)應(yīng)的珍汕97 BAC克隆2N1上，利用鳥(niǎo)槍法對(duì)這兩個(gè)BAC克隆進(jìn)行測(cè)序。對(duì)目標(biāo)基因與在兩個(gè)親本之間有多態(tài)性的亞克隆標(biāo)記進(jìn)行重組事

5、件分析，將目標(biāo)基因定位在標(biāo)記C6與P80之間，并與標(biāo)記Mx4和C4共分離。將C6和P80的序列與35M22的序列比較顯示這兩個(gè)標(biāo)記間的物理距離是14 kb，把目標(biāo)基因限定在14kb的片段上，對(duì)14 kb片段的序列進(jìn)行分析，其中僅包含一個(gè)完整的基因Wx基因和一個(gè)不完整的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。結(jié)果表明，這3個(gè)性狀均由Wx基因控制。
　　 在以前的研究中對(duì)認(rèn)為，Wx基因編碼合成顆粒淀粉合成酶，控制直鏈淀粉合成，而糊化溫度主要由編碼可溶性淀粉合

6、成酶的Alk基因控制。但很少有報(bào)道關(guān)于Wx基因?qū)瘻囟群湍z稠度的影響。為了分析Wx基因與糊化溫度及膠稠度的關(guān)系，本研究中分析了97個(gè)不同地方品種的Wx基因和Alk基因的多樣性及其它們與這3個(gè)性狀的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Wx基因?qū)瘻囟扔屑s7％的貢獻(xiàn)率，Alk基因則解釋了糊化溫度約91％的變異，Wx基因和．Alk基因?qū)δz稠度都有貢獻(xiàn)，Wx基因?qū)δz稠度的影響大于Alk基因的影響（Wx基因解釋了膠稠度約53％的變異，而Alk基因解釋了膠稠度約37

7、％的變異），而．Alk基因與直鏈淀粉含量完全不相關(guān)。這兩個(gè)基因可能都是通過(guò)改變胚乳淀粉組成來(lái)改變淀粉結(jié)構(gòu)，從而影響淀粉理化性狀。
　　 在對(duì)Wx基因序列多態(tài)性的分析中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的突變位點(diǎn)。位于Wx基因ATG上游1126位置的堿基由A突變?yōu)镚，導(dǎo)致這些材料的直鏈淀粉含量上升，由中等直鏈淀粉含量類型提升為高直鏈淀粉含量類型。
　　 本研究中還分析了淀粉合成相關(guān)23個(gè)重要基因的表達(dá)譜。這23個(gè)基因分為5個(gè)家族：ADP-葡萄糖

8、焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、顆粒淀粉酶、淀粉分支酶和淀粉脫分支酶。ADP-葡萄糖焦磷酸化酶主要負(fù)責(zé)提供糖鏈延伸的原料：ADP-葡萄糖，在直鏈、支鏈淀粉合成中均起作用。顆粒淀粉酶主要參與直鏈淀粉和長(zhǎng)鏈支鏈淀粉合成?？扇苄缘矸酆铣擅?，淀粉分支酶和淀粉脫分支酶則主要參與支鏈淀粉合成。這23個(gè)基因主要有3種表達(dá)模式：在胚乳中特異表達(dá)，在光合作用組織中特異表達(dá)，在這兩類組織中都有表達(dá)。在胚乳中表達(dá)的基因主要是參與胚乳貯藏型淀粉合成。在光合作用組

9、織中表達(dá)的基因主要是將光合作用固定下來(lái)的碳源轉(zhuǎn)化為淀粉，保持細(xì)胞內(nèi)滲透壓平衡。還發(fā)現(xiàn)很多基因在幼穗發(fā)育早期表達(dá)，主要功能可能是將從光合作用組織中運(yùn)輸過(guò)來(lái)的碳源轉(zhuǎn)化為臨時(shí)淀粉，或者是參與雄蕊內(nèi)淀粉顆粒的合成。在光合作用組織中表達(dá)的基因受到光調(diào)控，而在胚乳中特異表達(dá)的基因?qū)獠幻舾小?br>　　 通過(guò)掃描電鏡觀察珍汕97和珍汕97（Wxb）成熟胚乳的細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)珍汕97（Wxb）胚乳細(xì)胞較珍汕97胚乳細(xì)胞更容易破裂，但淀粉顆粒卻比珍