同源四倍體水稻中種子大小相關基因的表達研究.pdf

1、多倍化是植物進化的動力。多倍體通常分為異源多倍體和同源多倍體，同源多倍體基因組劑量增加通常會對基因的表達產(chǎn)生巨大的影響，從而影響到蛋白的表達，最終影響整個植株的性狀。水稻是二倍體作物，通過人工染色體加倍可以獲得同源四倍體水稻，與二倍體比較，四倍體水稻具有生長勢強、籽粒大、莖粗、葉厚、葉片變長變寬、抗蟲、抗病、抗旱能力強、生物量高等優(yōu)勢。通過研究四倍體水稻中種子大小相關基因的表達情況，分析倍性對基因表達的調(diào)控特點和規(guī)律，可以為分子育種提供

2、依據(jù)。
　　本實驗以4個水稻品種Balilla、93-11、南京11和海天及其四倍體為材料，分析了6個調(diào)控種子大小基因（GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5）的表達情況，主要結(jié)果如下:
　　1、對四套二倍體-同源四倍體水稻進行田間觀察和農(nóng)藝性狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)它們表型差異極顯著，比如，四倍體的莖稈變粗、劍葉變寬變長、葉的顏色加深、植株變高、籽粒變大、結(jié)實率降低等。一般情況下，四倍體與二倍體的高度差大約在5cm左右，而9

3、3-11和其對應四倍體株高相差約16cm。
　　特別是在種子大小相關性狀上，發(fā)現(xiàn)粒長(GL)、粒寬(GW)、長寬比(L/W)、籽粒表面積(GS)和籽粒周長(GC)這五個參數(shù)均存在極顯著差異。同源四倍體的干粒重比二倍體增加31％～35％，籽粒長增加2～3cm、粒寬增加0.5cm左右等。
　　2、通過電鏡掃描觀察Balilla和DBalilla幼穗發(fā)育二次枝梗形成期和雌雄蕊形成期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二倍體水稻和四倍體水稻幼穗的發(fā)育進程基本

4、一致，確保了取材的準確性。
　　3、通過Q-PCR技術分析6個主要控制種子大小基因在具有代表性的粳稻品種Balilla、秈稻品種93-11及其四倍體幼穗發(fā)育中的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)在4n水稻中，與二倍體相比較，在同一幼穗發(fā)育時期，正調(diào)控基因表達上升，負調(diào)控基因表達下降，即分子水平的表達結(jié)果與種子大小表型一致。(2)部分基因的表達具有材料特異性。GW5在兩對材料中均不表達，qGW8在Balilla中檢測到發(fā)育早期沉默，而在93

5、-11中則隨發(fā)育時期表達上升。(3)多數(shù)基因的表達量隨幼穗發(fā)育進程而變化，即具有表達時期特異性。在D93-11的幼穗發(fā)育初期，大多數(shù)基因的表達為上升趨勢，到了第3、4期，表達為最高后，開始下降。而qGW8在整個發(fā)育時期，其表達水平一直呈上升趨勢。(4)不同發(fā)育時期，不同的基因可能起主要調(diào)控作用。在幼穗發(fā)育1時期，負調(diào)控因子GW2、GS3在4n水稻D93-11中的表達下調(diào)較大，而正調(diào)節(jié)因子HGW、GS5和qGW8在4n水稻DBalilla

6、中的表達遠遠高于2n水稻;在幼穗發(fā)育3時期，GS3在4n水稻D93-11中表達量最高，可能為主效基因;在幼穗發(fā)育5時期，qGW8在4n水稻D93-11中表達量最高，可能為主效基因。表明在不同的發(fā)育時期，可能由不同的基因發(fā)揮主要的調(diào)控作用。
　　4、通過轉(zhuǎn)基因?qū)嶒瀬眚炞C基因過表達對種子大小的調(diào)控:在Balilla(2n)中過表達負調(diào)控基因GW2，然后獲得28棵轉(zhuǎn)基因植株。對這些轉(zhuǎn)基因植株的標記(hyg)進行檢測，可擴增出約800bp

7、的目標片段，證明該基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入植株中。對該基因進行Q-PCR表達差異檢測，發(fā)現(xiàn)該基因的表達量變化為:Balilla(2n) T＞Balilla(2n)＞DBalilla(4n)(128.0＞54.7＞17.44)。而相應的植株的種子大小:Balilla(2n)T＜ Balilla(2n)＜DBalilla(4n)(粒寬分別為2.95cm＜3.61 cm＜3.73cm，干粒重分別為22.3g＜31.82g＜49.41g)。該結(jié)果表明負調(diào)控