水稻2个叶色突变体的遗传分析和基因的精细定位

论文摘要

水稻是最重要的粮食作物之一。其具有较小的基因组、成熟的遗传转化体系、完成了的基因组测序以及与其他禾谷类作物共线性等特点,从而使其成为单子叶植物研究的模式作物。叶片是水稻进行光合作用的主要器官,在水稻生长发育过程中起着重要的作用。水稻叶色发生突变会直接影响植株的光合作用,从而影响有机物质的合成和积累,进而影响水稻的产量。因此,通过探明水稻叶色调控基因的遗传机制及分子调控机理,并应用于育种实践,是实现水稻产量再次飞跃的有效途径。借助于本实验室构建的庞大的水稻突变体库,我们发现并鉴定出2个叶色突变体,并进一步利用图位克隆的方法,对这2个叶色突变体进行基因的精细定位,从而为以后研究光合性状的遗传机制奠定了基础。本论文研究的进展和结果如下:1)我们通过EMS（Ethyl Methane Sulfonate）诱变日本晴,获得了一个叶色突变体yl。此突变体从苗期表现出黄叶表型,直至整个生育期。通过对yl突变体与粳稻品种日本晴、中花11及CJ06配制正反交杂交组合,结果表明所有组合的F1植株都呈现出正常叶色,说明该突变体性状是受隐性基因控制;在所有组合的F2遗传分离群体中,正常叶色的表型与yl黄叶表型的分离比例都符合3:1遗传分离比,表明控制该黄叶突变体的为单隐性核基因;同时,分别测量处于分蘖盛期的日本晴和yl的功能叶的叶绿素含量,分析结果表明yl的叶绿素a、b和类胡萝卜素都比日本晴要明显降低,而叶绿素a/b却显著高于日本晴;透射电镜结果显示突变体的叶片有未发育完全或退化的类囊体膜和较少的基粒结构;对齐穂期的突变体和野生型的光合指标检测表明,黄叶突变体yl的净光合效率和蒸腾速率都有所降低,进而影响植株体内干物质的积累,从而导致黄叶突变体的千粒重减少,产量降低;选用yl与南京6号杂交获得的F2群体中鉴定出的144个突变表型单株,将YL初步定位在水稻第3染色体RM468和RM3684两个标记之间;进一步精细定位将YL基因定位在物理距离为134kb的2个BAC（OSJNBa0028F23和OSJNBb0033J23）上的YL7和YL14两个标记之间。2)我们在中花11的T-DNA插入库中,发现了一个隐性突变体ygl4。此突变体从苗期开始表现出黄绿叶表型,齐穂后颜色恢复正常;等位性测验表明,ygl4与我们业已发现的另外两个黄绿叶突变体不等位;ygl4还表现出分蘖减少的表型,从分蘖盛期到灌浆结实期,突变体一直保持着3个分蘖;与野生型中花11相比,突变体ygl4的光合速率也有所降低;从苗期到结实期,跟踪调查突变体和野生型的叶绿素含量,结果分析表明突变体叶绿素含量呈现动态变化,叶绿素a和b都随着生育期的变化而逐渐增加,直至灌浆结实期叶绿素含量达到正常叶片的水平;并且在苗期叶绿素a和b的变化幅度与分蘖期的变化幅度相同;在初定位的基础上,利用ygl4与TN1杂交的F2遗传分离群体中鉴定出来的1424个具有突变表型单株,将YG4L基因精细定位在水稻第1染色体的一个B1131G08 BAC克隆上,物理距离为68kb的STS29和STS31两个标记之间。通过网上的预测工具发现,在这68k的候选区域内含有8个开放阅读框（ORFs）,现在正对这些基因进行选择性的测序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩略表
• 第一章 文献综述
• 1.1 水稻叶色突变体的研究进展
• 1.1.1 叶色突变体的来源
• 1.1.2 叶色突变体的类型
• 1.1.3 水稻叶色突变体的基因克隆
• 1.1.4 叶色突变体的应用前景
• 1.2 分子标记及其在水稻遗传研究中的应用
• 1.2.1 基于Southern 杂交的分子标记
• 1.2.2 基于PCR 的分子标记
• 1.2.3 以重复序列为基础的分子标记
• 1.2.4 新型的分子标记
• 1.2.5 分子标记在水稻遗传研究中的应用
• 1.3 水稻基因克隆的一般方法
• 1.3.1 T-DNA 或转座子标签法
• 1.3.2 TILLING 技术
• 1.3.3 图位克隆技术
• 1.4 研究目的和意义
• 第二章 水稻黄叶突变体的遗传分析和基因的精细定位
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 突变来源
• 2.1.2 叶色突变体遗传群体的配制及种植情况
• 2.1.3 实验室常用的分子生物学试剂及仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 甲基磺酸乙酯（EMS）化学诱变
• 2.2.2 叶绿素含量的测定
• 2.2.3 净光合速率的测定
• 2.2.4 突变体yl 的遗传分析及主要的农艺性状考察
• 2.2.5 透射电镜
• 2.2.6 水稻DNA 提取
• 2.2.7 PCR 反应体系
• 2.2.8 电泳检测
• 2.2.9 初定位的SSR 标记
• 2.2.10 连锁分析
• 2.2.11 新发展的SSR 和STS 用于YL 基因的精细定位
• 2.3 结果与分析
• 2.3.2 yl 叶绿素含量测定
• 2.3.3 yl 叶片的透射电镜
• 2.3.4 净光合速率的测定
• 2.3.5 突变体yl 的遗传分析
• 2.3.6 YL 基因定位
• 2.3.7 YL 基因精细定位
• 2.4 讨论
• 2.4.1 叶色突变的农艺性状
• 2.4.2 植物叶色突变与光合作用的关系
• 2.4.3 基因的定位
• 2.4.4 黄叶性状的利用
• 第三章 水稻黄绿叶基因的精细定位
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 突变来源
• 3.1.2 叶色突变体遗传群体的配制及种植情况
• 3.1.3 实验室常用的分子生物学试剂及仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 等位性分析
• 3.2.2 叶绿素含量的测定
• 3.2.3 净光合速率的测定
• 3.2.4 突变体y914 的主要农艺性状考察
• 3.2.5 水稻DNA 提取
• 3.2.6 PCR 反应体系
• 3.2.7 电泳检测
• 3.2.8 新发展STS 和CAPS 标记用于YGL4 基因的精细定位
• 3.2.9 基因预测
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 突变体表型特征
• 3.3.2 三份突变体的等位性分析
• 3.3.3 突变体y914 主要的农艺性状及光合速率调查和测量结果分析
• 3.3.4 叶绿素含量测定
• 3.3.5 YGL4 精细定位结果
• 3.3.6 基因预测
• 3.4 结论与讨论
• 3.4.1 研究结论
• 3.4.2 讨论
• 第四章 下一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历