非孟德爾遺傳在EGSR水稻上的表現(xiàn)及葉綠素缺乏突變體W1色素缺乏機(jī)理的探討.pdf

1、本論文對(duì)非孟德爾遺傳在EGSR水稻上的具體表現(xiàn)形式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和遺傳分析。并對(duì)一份水稻葉綠素缺乏突變體的葉綠體結(jié)構(gòu)、光系統(tǒng)Ⅱ捕光色素蛋白復(fù)合體、色素合成前體物質(zhì)的變化等和野生型進(jìn)行了比較研究。 第一部分，非孟德爾遺傳在EGSR水稻上的表現(xiàn)。水稻早世代穩(wěn)定現(xiàn)象是水稻育種實(shí)踐中出現(xiàn)的一種特殊遺傳現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)選用SAR-Ⅲ的同源三倍體和幾個(gè)早穩(wěn)材料做親本分別與普通材料雜交，通過(guò)對(duì)后代全面而系統(tǒng)的農(nóng)藝性狀分析、遺傳分析和SSR標(biāo)記檢測(cè)，分

2、析了親本的遺傳標(biāo)記在后代群體的重組和傳遞情況。結(jié)果如下： 同源三倍體φ49是從雙胚苗群體SAR-Ⅲ中獲得的，它作為母本和R188雜交，獲得36株F1，倍性鑒定均為二倍體。所有的F1單株表型均整齊一致，偏父，這異于一般的3N×2N雜交后代表現(xiàn)。SSR標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果表明：F1各單株表現(xiàn)一致，在52個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)中有44個(gè)位點(diǎn)純合，同父本一致；只有5個(gè)標(biāo)記擴(kuò)增結(jié)果表現(xiàn)為來(lái)源于父母本的雜合帶型；還有3個(gè)標(biāo)記擴(kuò)增的雜合帶型表明是不同于父母本的

3、特異帶型。相應(yīng)的F2株系同樣的進(jìn)行了分子標(biāo)記檢測(cè)，那些在F1單株中處于純合狀態(tài)的標(biāo)記位點(diǎn)，在所有的F2群體中依然表現(xiàn)為穩(wěn)定遺傳的純合狀態(tài)；那些在F1單株中處于雜合狀態(tài)的標(biāo)記位點(diǎn)，在大部分F2群體中的表現(xiàn)符合孟德爾遺傳，但在三個(gè)群體中有兩個(gè)標(biāo)記出現(xiàn)了異常，即F1單株中表現(xiàn)雜合的標(biāo)記位點(diǎn)在F2群體中卻表現(xiàn)為同父本帶型一致的純合狀態(tài)。SAR-Ⅲ雙苗中與同源三倍體對(duì)應(yīng)的二倍體和R188雜交，結(jié)果都沒(méi)有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。 利用幾個(gè)早穩(wěn)材料和普

4、通材料做正反雜交，所有雜交組合F1中出現(xiàn)父母親本多態(tài)位點(diǎn)上的部分純合單株頻率為4.63％，但各組合間、同一組合的正反交間，后代特異單株出現(xiàn)頻率差異都很大。在429/黑珍米組合中，429作父本后代表現(xiàn)正常，但429作母本后代F1的特異單株率為98％，單株間在表型上就有差異，性狀分離明顯；SSR分子檢測(cè)結(jié)果表明：在38對(duì)多態(tài)性標(biāo)記中，2個(gè)標(biāo)記(RM208，RM566)在所有單株中都表現(xiàn)父母雙親的雜合帶型，其余標(biāo)記都部分的喪失了雜合性(在F1

5、單株中都不同程度的表現(xiàn)出同母本的純合帶型，浮動(dòng)在10％-60％之間)，在各單株的表現(xiàn)上具有隨機(jī)性。相應(yīng)的F2株系的遺傳特點(diǎn)類似于上述SAR-Ⅲ的同源三倍體和普通二倍體雜交F2代的表現(xiàn)。 總之，本實(shí)驗(yàn)獲得的部分F1特異單株的遺傳表現(xiàn)為在雙親的雜合位點(diǎn)呈現(xiàn)部分的純合，并且偏向其中的某一親本，部分特異單株的F2代繼續(xù)呈現(xiàn)加速純合現(xiàn)象。鑒于此，我們稱上述遺傳方式為非孟德爾遺傳，特異單株視為EGSR(EarlyGenerationStab

6、ilityinRice)水稻。 第二部分，葉綠素缺乏突變體W1色素缺乏機(jī)理的探討。葉綠素缺乏突變體是植物界中發(fā)生頻率相對(duì)較高的一種突變類型，它們是研究葉綠體結(jié)構(gòu)的好材料，特別是用于研究光合作用、色素合成、色素蛋白復(fù)合體組裝，激發(fā)能在兩個(gè)光系統(tǒng)間分配以及核質(zhì)互作等方面。本文利用一份新發(fā)現(xiàn)的水稻葉綠素缺乏突變體，從葉綠體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)光合色素蛋白的改變?nèi)胧诌M(jìn)行研究，旨在揭示此突變體色素劇烈減少的原因。 1.突變體W1葉片總蛋白

7、和類胡蘿卜素(Car)含量與野生型相比，減少并不十分明顯，但葉綠素含量卻顯著降低，葉綠素a和葉綠素b分別減為野生型的1/2和1/3，葉綠素a/b比值生高，而葉綠素/類胡蘿卜素和葉綠素/總蛋白比卻顯著降低。 2.突變體W1的凈光合速率顯著低于其野生型。 3.野生型的葉綠體類囊體膜系統(tǒng)發(fā)達(dá)，而突變體W1的葉綠體基質(zhì)基粒類囊體數(shù)都較少，基粒只看到幾個(gè)片層，淀粉粒稍少，基質(zhì)電子透明度較大，暗示著突變體W1的代謝不如野生型活躍。

8、 4.溫和電泳結(jié)果顯示突變體水稻的各類色素蛋白，除光系統(tǒng)Ⅰ核心復(fù)合物(CPI)外，其余含量均明顯少于正常水稻，尤其是光系統(tǒng)Ⅱ捕光色素蛋白復(fù)合體(LHCII)下降明顯，突變體中幾乎看不到LHCII三聚體(LHCII*)；SDS-PAGE的電泳結(jié)果顯示兩者在高分子量區(qū)(30KD以上)差異不明顯，但在低分子量區(qū)(18-29KD)差異明顯，結(jié)果和溫和電泳相一致；Westernblot顯示突變體類囊體膜中LHCII脫輔基蛋白的組成并未發(fā)生改

9、變，但含量明顯減少，約為野生型的1/3，特別是28KDa、27KDa組分要比25KDa多肽減少程度高。 5.Cab基因轉(zhuǎn)錄水平的分析顯示突變體W1的cab基因轉(zhuǎn)錄量和野生型相比沒(méi)有明顯的增減，這說(shuō)明其LHCII脫輔基蛋白含量的減少并不是由于cab基因的轉(zhuǎn)錄量降低引起的，而是由于轉(zhuǎn)錄后因素造成的。 6.葉綠素生物合成中間物含量變化比較顯示，從δ-氨基乙酰丙酸(ALA)到原脫植基葉綠素(Pchlide)，其含量都是W1等于或