玉米pepc基因导入水稻的分子标记辅助筛选及其效应的研究

论文摘要

自从通过基因工程将玉米PEPC基因导入水稻Kitaake获得较理想结果后,利用C4高光效基因开展水稻的高光效育种一直是个热点,人们期望能够从中获得进行高光效育种的理论依据和行之有效的方法,最终能够获得超高产水稻品种。本实验利用分子标记辅助选择技术,对转玉米pepc基因Kitaake和通过MAS选育到的高世代含pepc基因蜀恢881进行了筛选,同时对含pepc基因蜀恢881进行了遗传背景分析;进一步对筛选到的转pepc基因水稻Kitaake和含pepc基因蜀恢881的分蘖初期、分蘖盛期、拔节期、始穗期、齐穗期和成熟期6个生长的关键时期以及剑叶生长的不同时期的有关光合生理特性进行了动态研究;并对pepc基因在不同遗传背景下的效应进行了分析,主要结果如下: 1、利用pepc基因特征性引物对转pepc基因水稻Kitaake和含pepc基因蜀恢881能够进行目的基因的准确筛选。同时,建立了分子标记辅助选择、光合生理生化指标鉴定和田间综合农艺性状考察相结合的筛选玉米pepc基因水稻的技术体系。 2、从通过MAS育成的含玉米pepc基因蜀恢881中筛选10株,利用530对SSR引物进行遗传背景分析,其与蜀恢881表现差异的位点仅有1～4个,相似度在95.15%以上,最高的达99.03%。表明利用pepc基因特征性引物进行MAS选育能够获得与轮回亲本相似度很高并且含有玉米pepc基因的育种材料。 3、对转pepc基因Kitaake6个生长关键时期和剑叶生长不同时期的有关光合特性进行了动态研究,结果表明转pepc基因Kitaake的PEPCase酶活性在六个时期都显著高于Kitaake,以拔节期PEPCase活性最高,成熟期最低;转pepc基因Kitaake的净光合速率除了分蘖初期相近外,其余时期均高于Kitaake。与Kitaake相比,高光合速率持续的时间明显得到延长;其净光合速率六个时期平均提高了18.02%,其中始穗期的净光合速率最大,提高的幅度达到38.26%。转pepc基因Kitaake的剑叶生长的不同时期的的PEPCase活性和净光合速率均高于Kitaake,其中剑叶完全展开时的PEPCase活性和净光合速率最大。由此表明pepc基因在Kitaake的几个生长的关键时期以及剑叶的不同生长时期都能表达,只是表达的量存在着差异。 4、对通过杂交和MAS选育而成的含玉米pepc基因蜀恢881的6个生长关键时期和剑叶生长不同时期的有关光合特性进行了动态研究,结果表明6个时期的PEPCase酶活性均比蜀恢881增强,PEPCase酶活性值最大时期是拔节期,为1264.2μmol·PEP·mg-1·chl·h-1,分蘖初期增加的幅度最大达到23.3倍;其净光合速率与蜀恢

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一部分 文献综述
• 1 高光效育种的发展历程
• 2 水稻叶片的光合速率及其遗传规律
• 3 水稻光合生产潜力
• 3植物与C₄植物光合特性的比较研究'>4 光合碳同化途径的发现和C₃植物与C₄植物光合特性的比较研究
• 5 高光效育种的研究进展
• 5.1 超高产水稻光合生理的研究进展
• 5.1.1 光合指标—叶源量及其在超高产水稻光合生理中的研究
• 5.1.2 不同类型超高产水稻光合特性的研究
• 3植物中导入或筛选C₄途径'>5.2 C₃植物中导入或筛选C₄途径
• 5.3 利用两种光强生态型水稻组配杂种稻
• 5.4 利用野生稻资源提高栽培稻光合性能
• 5.5 植物高光效基因及研究进展
• 5.5.1 Rubisco-核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶／加氧酶
• 5.5.2 PEPC-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
• 5.5.2.1 PEPC及其编码基因
• 5.5.2.2 PEPC的转基因的应用
• 5.5.3 PPDK-磷酸丙酮酸二激酶
• 5.5.3.1 PPDK及其编码基因
• 5.5.3.2 PPDK转基因的应用
• 5.5.4 NADP-ME（NADP-malic enzyme苹果酸酶）
• 5.5.4.1 NADP-ME及其编码基因
• 5.5.4.2 NADP-ME转基因的应用
• 5.5.5 其它
• 5.5.5.1 CA（carbonic anhydrase碳酸酐酶）
• 5.5.5.2 磷酸蔗糖合成酶基因及其应用
• 5.5.5.3 AGPP（ADPG焦磷酸化酶）基因及其应用
• 6 影响高光效的两个重要方面的研究
• 6.1 光抑制和光氧化
• 6.1.1 概念及其对光合作用的影响
• 6.1.2 机理的研究
• 6.2 叶片衰老和抗衰老基因的研究及其转基因应用
• 7 开题设想
• 第二部分 材料与方法
• 1 材料
• 1.1 动态研究的材料
• 1.2 NC Ⅱ设计的材料
• 2 方法
• 2.1 目的基因pepc的PCR检测
• 2.1.1、DNA的提取
• 2.1.2、PCR分析
• 2.2 分子标记辅助育种
• 2.2.1 杂交转育pepc基因881的选育图
• 2.2.2 转pepc881的遗传背景分析
• 2.3 PEPCase活性测定
• 2.3.1 测定时期
• 2.3.2 测定方法
• 2.4 光合速率的测定
• 2.5 光反应曲线的测定
• 2反应曲线的测定'>2.6 CO₂反应曲线的测定
• 2.7 光抑制试验
• 2.8 主要农艺性状的考察
• 2.8.1 主要产量结构的考察
• 2.8.2 籽粒结构的考察
• 第三部分 结果与分析
• 1 转pepc基因水稻目的基因的检测和筛选
• 2 转pepc881与蜀恢881的遗传背景分析
• 2.1 用于遗传背景分析中选单株的PCR检测
• 2.2 亲本转玉米pepc基因水稻Kitaake与蜀恢881在整个水稻基因组上的多态性
• 2.3 转pepc881与轮回亲本蜀恢881的相似程度
• 3 转pepc基因水稻的不同生育时期和剑叶不同生长时期光合特性的动态研究
• 3.1 转pepcKitaake的不同生育时期和剑叶不同生长时期光合特性的动态分析
• 3.1.1 转pepcKitaake和Kitaake不同生育期PEPCase活性和净光合速率的比较
• 3.1.2 转pepcKitaake和Kitaake剑叶不同时期光合生理特性的比较
• 3.2 转pepc 881和蜀恢881的不同生育时期和剑叶不同生长时期光合特性的动态分析
• 3.2.1 转pepc881和蜀恢881不同生育期PEPCase活性和净光合速率的比较
• 3.2.2 转pepc881和蜀恢881剑叶不同时期光合生理特性的比较
• 4 pepc基因在不同遗传背景下的基因效应
• 4.1 pepc基因在四种胞质来源不同的背景下的效应
• 4.1.1 产量结构的分析
• 4.1.2 光合指标的分析
• 4.2 pepc基因在不同亚种的效应
• 4.2.1 农艺性状的考察
• 4.2.2 籽粒结构的考察
• 4.2.3 光合指标的考察
• 5 不同环境对转pepc基因水稻的影响
• 5.1 光强
• 2浓度'>5.2、CO₂浓度
• 6 转pepc基因水稻的光抑制分析
• 第四部分 讨论
• 4植物的高光效基因在C₃植物中的表达'>1 C₄植物的高光效基因在C₃植物中的表达
• 4植物高光效基因导入C₃植物中的表达'>1.1 通过基因工程将C₄植物高光效基因导入C₃植物中的表达
• 1.2 pepc基因在不同的遗传背景下的表达
• 2 高光效材料的筛选
• 2.1 目的基因的筛选方法
• 2.2 筛选时期
• 3 水稻的光抑制与光氧化
• 4 光合作用与产量的关系
• 参考文献