小麦基部小穗不育突变体的鉴定和相关cDNA片段克隆

论文摘要

小麦基部和顶部小穗常常不育是影响穗粒数的重要因素。推广的小麦品种中,顶部小穗不育的问题在很大程度上得到了解决。但大多数品种总有1～2个基部小穗不育,极少见到基部小穗完全可育的品种。因此,增加基部小穗的育性,进而增加穗粒数,是提高小麦产量的关键问题之一。我们利用EMS诱变基部小穗完全可育的小麦品系山农1186,获得了稳定遗传的基部小穗不育的突变体,命名为BSS（basal spikelet sterility）突变体。本研究对该突变体进行了农艺性状鉴定、小穗发育过程观察、遗传变异分析、相关基因片段克隆。主要结果如下:（1）10个突变体的基部有2～4个不育小穗,而山农1186基部小穗正常结实;与受体山农1186相比,10个突变株系的穗长、小穗数无显著变化,但穗粒数显著降低;突变株系的株高,穗下、倒二、倒四、倒五节间长度显著增加,表明株高的增加是由多个节间伸长造成的;大多数株系的旗叶、倒二叶、倒三叶宽度显著变窄。BSS突变体的农艺性状间存在相关关系。株高、穗下节间长和倒二节间长度与不育小穗数呈显著正相关;旗叶宽、倒二叶宽、倒三叶宽及穗粒数与不育小穗数呈极显著负相关。（2）对小穗发育的形态学观察发现,BSS突变体基部小穗在四分体时期开始退化,雌蕊、雄蕊、子房萎焉失水,变成模糊的一团组织,进而导致基部小穗不育。（3）从305对EST-SSR引物中筛选出28对在山农1186和BSS突变体之间具有稳定多态性的引物。28对EST-SSR引物在BSS突变体中检测到133个等位位点,每对多态性引物检测出2～6个等位位点,其中多态性等位位点为43个,占32.33%。（4）应用mRNA差异显示技术研究了受体山农1186和BSS突变体孕穗期幼穗的基因表达差异。获得了7个可能和基部小穗育性相关的cDNA片段:BSS1～BSS7。BSS3与水稻、拟南芥等植物的琥珀酸脱氢酶具有很高的同源性（99%）,推测BSS3参与植物三羧酸循环,调节物质和能量的代谢,可能属于广谱性的调节基因;BSS4与小麦含有保守F-box区域的EST序列ta94166的451～820区段同源性达到95%,与水稻F-Box蛋白质EAZ17658.1、EAY80184.1具有很高的同源性。推测BSS4可能是F-Box基因,在小麦幼穗发育过程中调节B类基因的功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 植物花发育遗传
• 1.1.1 开花时间的遗传控制
• 1.1.2 花序结构发育的遗传调控
• 1.1.3 花器官发育的遗传
• 1.2 小麦幼穗分化及小花发育
• 1.2.1 小穗数的形成过程及影响因素
• 1.2.2 小麦小花发育过程
• 1.2.3 小麦小花发育与结实的基因型差异
• 1.2.4 环境因子对小花发育的影响
• 1.2.5 小麦小花发育的营养调节假说
• 1.2.6 小麦小花发育的激素调节
• 1.2.7 小麦小花发育的遗传调控
• 1.3 开题设想及本研究的目的和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 菌株质粒
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 利用EMS 处理小麦种子
• 2.2.2 突变体的种植、穗发育过程观察、农艺性状调查分析
• 2.2.3 小麦基因组DNA、总RNA 的提取
• 2.2.4 逆转录反应
• 2.2.5 PCR 扩增
• 2.2.6 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 2.2.7 差异条带的回收、二次扩增及检测
• 2.2.8 差异片段的克隆
• 3 结果与分析
• 3.1 基部小穗不育突变体农艺性状表现
• 3.1.1 穗部性状
• 3.1.2 株高和节间长度
• 3.1.3 叶宽、叶长和叶面积
• 3.1.4 农艺性状相关分析
• 3.2 基部不育小穗发育过程
• 3.3 EST-SSR 分析
• 3.4 突变体差异表达cDNA 片段的克隆与分析
• 3.4.1 小麦幼穗总RNA 的提取与检测
• 3.4.2 m RNA 差异显示结果
• 3.4.3 差异条带的二次扩增
• 3.4.4 重组质粒的鉴定
• 3.4.5 差异cDNA 片段的序列分析
• 4 讨论
• 4.1 农艺性状及其相关性分析
• 4.2 EMS 化学诱变剂的有效性和DNA 变异
• 4.3 关于差异片段与基部小穗育性的关系
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发论文表情况