水稻抗旱基因的分子進化研究.pdf

1、水稻是非常重要的糧食作物，世界上一半以上的人口以水稻作為主要糧食，在發(fā)展中國家這種現(xiàn)象尤為明顯。干旱是造成水稻減產(chǎn)的主要因素之一，每年全球水稻生產(chǎn)受干旱影響減產(chǎn)嚴(yán)重。水稻抗旱性是一個復(fù)雜的性狀，涉及到大量的基因和多種代謝過程。隨著生物技術(shù)的進步，水稻中已有一些與抗旱相關(guān)的基因被克隆，并進行了較為詳細(xì)的功能研究，但是這些基因的分子進化模式及機制尚未明確。本研究針對我國最近報道的SNAC1基因和DST基因，分別研究了276份水稻材料和139

2、份水稻材料的啟動子區(qū)、編碼區(qū)和3’側(cè)翼區(qū)序列的變異多樣性，同時結(jié)合抗旱性表型鑒定來解釋水稻中抗旱相關(guān)基因的分子進化機制。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、2011年春季和2011年夏季分別在海南陵水和上海白鶴對113份水稻地方品種進行田間抗旱鑒定，考察了株高、分蘗數(shù)、生育期提前或延遲、卷葉等級、枯死葉等級、葉片相對含水量、滲透勢、葉面積變化、氣孔密度、大維管束密度、離體葉片失水速率等11個性狀。通過因子分析發(fā)現(xiàn)枯死葉等級和卷葉等級兩

3、個性狀在第一主成分中權(quán)重較高，所以我們選擇這兩個指標(biāo)作為水稻抗旱性評價的指標(biāo)。采用主成分分析法來綜合評定研究材料的抗旱性。對113份水稻地方品種進行抗旱性評價，將113份材料分為高抗(1級)、中抗(3級)、抗(5級)、中感(7級)、感(9級)五大類型，其中高抗(1級)類型中有19個材料，16個地方陸稻，3個地方水稻；中抗(3級)類型中有29個品種，25個地方陸稻，4個地方水稻；抗(5級)類型有46個材料，32個地方陸稻，14個地方水稻；

4、中感(7級)類型共有15個，地方水稻6個，地方陸稻9個；感(9級)類型有4個，都為地方水稻。表型鑒定分析為節(jié)水抗旱稻育種應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
　　 2、SNAC1基因序列分析發(fā)現(xiàn)，核苷酸多態(tài)性為Pi=0.0057，237份栽培稻中SNAC1基因核苷酸多態(tài)性為Pi=0.0028，在39份野生稻中 SNAC1基因核苷酸多態(tài)性為Pi=0.0160，野生稻SNAC1基因核苷酸多態(tài)性約為栽培稻的6倍。276份材料序列分析發(fā)現(xiàn)SNAC1基因編碼

5、區(qū)中的核苷酸多態(tài)性要顯著低于非編碼區(qū)中的核苷酸多態(tài)性，說明SNAC1基因編碼區(qū)序列較非編碼區(qū)序列受到了更為強烈的選擇壓力。序列分析發(fā)現(xiàn)在，SNAC1基因的編碼區(qū)和非編碼區(qū)內(nèi)存在大量的插入和缺失位點，其中在編碼區(qū)內(nèi)平均插入和缺失片段的長度為16.9bp；在26個野生稻材料啟動子區(qū)存在的247bp的轉(zhuǎn)座子插入，可能影響到了野生稻群體SNAC1基因表達量的降低。DNAsp軟件分析SNAC1基因的單倍型，發(fā)現(xiàn)276份材料中一共有146種單倍型，

6、主要可以分為5大類群，G1野生稻類群，G2類群由4個栽培稻組成，G3水稻類群，G4陸稻類群，G5由野生稻耿馬普野和景洪普野組成；選擇性檢驗Tajima'sD和Fu and Li's D*檢測發(fā)現(xiàn)，栽培稻中SNAC1基因非編碼區(qū)的Tajima's D檢測不顯著，編碼區(qū)的Tajima's D檢測達到了顯著水平，說明SNAC1基因編碼區(qū)在長期的進化過程中受到了一定的選擇壓力。
　　 3、DST基因序列分析發(fā)現(xiàn)，DST基因核苷酸多態(tài)性為

7、Pi=0.0108，110份栽培稻中DST基因核苷酸多態(tài)性Pi=0.0025，在29份野生稻中DST基因核苷酸多態(tài)性為Pi=0.0443，野生稻核苷酸多態(tài)性約為栽培稻的20倍。139份材料序列分析發(fā)現(xiàn)DST基因編碼區(qū)中的核苷酸分離位點數(shù)要顯著低于非編碼區(qū)分離位點數(shù)；序列分析發(fā)現(xiàn)DST基因的啟動子區(qū)存在大量的插入、缺失和突變位點，平均插入和缺失片段的長度為7.802bp；單倍型分析發(fā)現(xiàn)139份材料中一共有122種單倍型，主要歸結(jié)為5種單倍

8、型類群，G1單倍群由7個水稻、4個陸稻和6個野生稻組成，G2單倍群由3個水稻和3個陸稻組成，G3主要是野生稻群體，G4由9個水稻和21個陸稻組成，G5由11個水稻和44個陸稻組成；選擇性檢驗Tajima'sD和Fu and Li's D*檢測發(fā)現(xiàn)栽培稻中DST基因的編碼區(qū)和非編碼區(qū)都受到了強烈的選擇作用。
　　 SNAC1和DST兩個基因的序列分析發(fā)現(xiàn)，從野生稻到栽培稻進化的過程中，SNAC1和DST基因都受到了一定的選擇作用，