一個(gè)水稻白苗復(fù)綠性狀的遺傳特性和基因定位研究.pdf

1、葉色突變體是自然界常見的突變類型，以其性狀明顯，易于區(qū)分辨認(rèn)的特點(diǎn)，很早就被人們關(guān)注。水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體是一類新的葉色突變體，其性狀大多受一對(duì)隱性核基因控制。因此，在生產(chǎn)應(yīng)用上可作為形態(tài)標(biāo)記性狀導(dǎo)入不育系，在兩系雜交稻育種中形成純度快速檢測和去雜保純新技術(shù)。同時(shí)，也是深入開展植物葉綠體的遺傳發(fā)育，葉綠素的合成和調(diào)控途徑，核質(zhì)間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及光合作用分子機(jī)理等基礎(chǔ)理論研究的理想材料。 1994年本研究組從光溫敏不育系W9461S/W

2、6154S的F1花粉培養(yǎng)后代白化苗中，發(fā)現(xiàn)1株可以自然轉(zhuǎn)綠的突變體，該植株在28℃以下溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)為前1-3葉白化，第4葉開始轉(zhuǎn)為正常綠色。研究觀察表明，該白化轉(zhuǎn)綠性狀經(jīng)10代選擇，仍表現(xiàn)穩(wěn)定，屬于穩(wěn)定遺傳的葉色突變類型。將該性狀轉(zhuǎn)入培矮64S，與其回交3代育成近等基因系“白01S”。 本研究以自然條件下水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體白01S為對(duì)象，對(duì)該性狀的表型特征，葉綠體超微結(jié)構(gòu)，遺傳方式等做了較為系統(tǒng)的研究。重點(diǎn)是對(duì)白化轉(zhuǎn)綠突變性狀

3、進(jìn)行基因定位，并對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行生物信息學(xué)分析，找到4個(gè)可能與突變性狀相關(guān)的侯選基因，并通過RT-PCR對(duì)侯選基因進(jìn)行表達(dá)分析，為該性狀基因的克隆以及葉綠體的遺傳發(fā)育相關(guān)機(jī)理研究打下基礎(chǔ)，并為生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1.突變體白01S的表型特征 白01S的葉色特征與己報(bào)道的白化轉(zhuǎn)綠突變體存在差異。該突變性狀表現(xiàn)為出苗時(shí)芽鞘白色，第1片真葉邊緣白色，中脈和基部呈現(xiàn)淺綠色，第2葉和第3葉的中脈及基部逐步完

4、全白化，第4葉開始轉(zhuǎn)為正常綠色，葉色與正常植株無差異。 2.白01S葉色突變性狀的遺傳特性 白01S與三個(gè)正常品種配制雜交組合，進(jìn)行葉色觀察和遺傳分析，結(jié)果表明所有組合F1代葉色均為正常綠色表型，F(xiàn)2代正常綠苗與白化苗分離比例均符合3:1的期望比。上述結(jié)果表明突變體白01S的白化轉(zhuǎn)綠性狀是由1對(duì)隱性核基因控制。 3.白01S葉綠體超微結(jié)構(gòu)變化 利用透射電鏡對(duì)白01S處于白化狀態(tài)及復(fù)綠后的葉綠體超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行

5、觀察，結(jié)果表明2葉期白化狀態(tài)的白01S細(xì)胞中，沒有完整的葉綠體結(jié)構(gòu)及類囊體片層，存在大量類似于前質(zhì)體時(shí)期的泡狀結(jié)構(gòu)，以及一些嗜鋨顆粒。4葉期復(fù)綠后，葉綠體發(fā)育正常，出現(xiàn)清晰的基粒類囊體，且數(shù)量較多，體積較大，幾乎占整個(gè)細(xì)胞80％，與對(duì)照培矮64S無差異。 4.白01S的葉色突變基因定位 通過SSR分子標(biāo)記結(jié)合BSA法對(duì)白化復(fù)綠性狀進(jìn)行基因定位，選擇水稻12條染色體上325對(duì)SSR引物，得到親本及DNA池間多態(tài)性引物14對(duì)

6、，初步確定與第3染色體標(biāo)記RM411，RM2346連鎖，遺傳距離分別是3.40cM，4.56cM.進(jìn)一步將白01S/桂99的F2、F3、F4中自苗作為定位群體，最終將突變基因定位在SSR標(biāo)記RM7134和RM6832之間約390kb區(qū)間內(nèi)，并將該基因暫時(shí)命名為rgr(t)。 5.侯選基因預(yù)測利用 水稻基因組注釋軟件，對(duì)RM7134和RM6832之間約390kb的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行分析，此區(qū)間包含4個(gè)BAC克隆，預(yù)測有70個(gè)推定

7、基因位點(diǎn)，將候選基因的功能與葉色突變性狀相結(jié)合進(jìn)行分析，并綜合生理生化知識(shí)，初步將1個(gè)編碼預(yù)測葉綠素a/b結(jié)合蛋白基因和3個(gè)編碼預(yù)測細(xì)胞色素P450基因作為白苗復(fù)綠性狀的候選基因。 6.RT-PCR基因表達(dá)分析 選擇4個(gè)預(yù)測基因設(shè)計(jì)引物進(jìn)行實(shí)時(shí)定量RT-PCR表達(dá)分析，結(jié)果表明：預(yù)測基因LOC-Os03g39690，在白01S和培矮64S中存在顯著表達(dá)差異，該基因在培矮64S中的表達(dá)量非常高，而在白01S中幾乎不表達(dá)，經(jīng)