水稻雄蕊雌蕊化基因PS1和PS2的遗传分析和精细定位

论文摘要

水稻（Oryza sativa L．）是世界上最重要的粮食作物之一，是禾本科的代表植物，也是单子叶植物的模式植物。近十几年来，对花器官发育的分子遗传机制研究越来越多，也越来越深入。对拟南芥（Arabidopisi thaliana）、矮牵牛（Petunia hybrida）及金鱼草（Antirrhinum majus）的研究结果揭示了双子叶植物花器官发育的奥秘，提出了花器官发育的ABC模型，并由ABC模型向ABCD模型、ABCE模型进一步发展、充实和完善。除AP2外，控制花器官特征发育的A、B和C功能基因都编码MADS-box转录因子。单子叶禾谷类植物如水稻、玉米、小麦、大麦等均已经分离了A、B和C类MADS-box基因。水稻已同源克隆的A、B、C／D、E类MADS-box基因主要在生殖器官中表达，它们的主要功能是调控花和种子的发育。这些证据似乎表明单双子叶植物间可能存在与双子叶植物相同花器官发育机制，而通过研究突变体，结果并非如此。因此，要真正了解单子叶中水稻花器官特征发育还得靠对突变体的深入研究。水稻雄蕊雌蕊化pistilloid-stamen 1（ps1）和ps2是我们最近发现的两个突变体，都具有部分雄蕊向雌蕊转化的特征，都是1、3轮同时突变，遗传分析表明ps1和ps2都由隐性单基因控制，因此，现有双子叶植物花器官发育模型不能对它们的突变特性作出合理的解释。本研究对ps1和ps2两份突变体进行了花器官的解剖结构观察，突变性状遗传分析和相关基因的分子标记定位研究，主要结果如下： 1 水稻雄蕊雌蕊化突变体pistilloid-stamen 1（ps1） 1．1 ps1花器官解剖结构观察 与正常水稻颖花结构相比，突变体颖花部分雄蕊转变为雌蕊或雌蕊-雄蕊嵌合体，外颖和内颖变窄变硬不能闭合，内颖弯曲呈月牙形，花药变形不能散粉。 1．2 ps1突变性状的遗传分析 由于ps1突变株高度雌性不育，不得不靠杂合体保存ps1位点。PS1ps1杂合体自交后代群体中野生型和突变体的分离比例大约是10：1，很难推导出有多少个基因控制水稻雄蕊雌蕊化突变体ps1的突变表型。根据孟得尔遗传规律，在PS1ps1杂合体自交后代群体中，野生型植株中纯合植株和杂合植株的比例即PS1PS1：PS1ps1如果为1：2，同样可以推测出ps1突变体是由隐性单基因控制的。因此在进行遗传分析时，我们考察了PS1ps1杂合体自交后代中野生型植株不分离株系与分离株系的比例，这个比例是1：2，由此推测ps1突变性状由隐性单基因控制，且

论文目录

• 摘要
• SUMMARY
• 第1章 文献综述
• 1.1 植物花发育的研究概述
• 1.1.1 ABC模型的提出
• 1.1.2 ABC模型的不断完善
• 1.1.2.1 ABCD模型
• 1.1.2.2 ABCE模型
• 1.1.3 四分子模型（quartet model）
• 1.2 植物MADS-box基因概述
• 1.2.1 花器官形态发生与MADS盒基因的发现
• 1.2.2 植物MADS-box基因的分布
• 1.2.3 植物MIKC型MADS-box蛋白因子的结构
• 1.2.4 植物MADS-box基因的功能和多效性
• 1.2.5 植物MADS-box基因的分类
• 1.2.6 MADS-box基因与花器官特征发育
• 1.3 水稻中的花器官同源异型基因
• 1.3.1 水稻中的A类基因
• 1.3.2 水稻中的B类基因
• 1.3.3 水稻中的C类基因
• 1.3.4 水稻中的D类基因
• 1.3.5 水稻中的E类基因
• 1.4 一些调控花器官发育的的非MADS-box基因
• 1.4.1 AP2
• 1.4.2 LIP1／2,AP2-like基因
• 1.4.3 SUP （SUPERMAN）
• 1.4.4 RBE,SUPERMAN-like基因
• 1.4.5 DL （DROOPING LEAF）
• 1.4.6 PAL1 （PALEALESS）
• 1.5 SSR分子标记及其在育种上的应用
• 1.5.1 SSR标记原理
• 1.5.2 获得SSR标记的三条途径
• 1.5.3 分子标记在水稻研究上的应用
• 1.5.3.1 水稻重要性状基因定位
• 1.5.3.2 水稻遗传图谱构建
• 1.5.3.3 分子标记辅助选择育种
• 1.5.3.4 指纹图谱构建
• 1.5.3.5 杂种优势预测
• 1.5.3.6 为导入外源DNA提供分子证据
• 第2章 引言
• 第3章 材料和方法
• 3.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体（pistilloid-stamens）
• 3.1.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps1
• 3.1.2 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps2
• 3.2 水稻雄蕊雌蕊化突变体的形态观察
• 3.3 遗传分析
• 3.3.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps1遗传分析
• 3.3.2 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps2遗传分析
• 3.4 分子定位群体的构建
• 3.4.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps1定位群体的构建
• 3.4.2 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps2定位群体的构建
• 3.5 基因池构建
• 3.6 水稻总DNA的提取
• 3.6.1 基因池叶片和亲本叶片总DNA的提取
• 3.6.2 群体单株叶片总DNA的提取
• 3.7 SSR分析
• 3.8 遗传作图
• 第4章 结果与分析
• 4.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体的形态特征
• 4.1.1 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps1的形态特征
• 4.1.2 水稻雄蕊雌蕊化突变体ps2的形态特征
• 4.2 雄蕊雌蕊化突变体的遗传规律
• 4.2.1 雄蕊雌蕊化突变体ps1的遗传规律
• 4.2.2 雄蕊雌蕊化突变体ps2的遗传规律
• 4.3 雄蕊雌蕊化基因的分子标记定位
• 4.3.1 雄蕊雌蕊化PS1基因的分子定位
• 4.3.1.1 亲本间多态性引物筛选
• 4.3.1.2 多态性引物与PS1位点连锁分析
• 4.3.1.3 雄蕊雌蕊化PS1基因的初步定位
• 4.3.1.4 雄蕊雌蕊化PS1基因的精细定位
• 4.3.1.5 雄蕊雌蕊化PS1的侯选基因
• 4.3.2 雄蕊雌蕊化PS2基因的分子定位
• 4.3.2.1 基因池间多态性引物筛选
• 4.3.2.2 多态性引物与ps2位点连锁分析
• 4.3.2.3 雄蕊雌蕊化PS2基因的定位
• 4.3.2.4 雄蕊雌蕊化PS2基因的定位结果的进一步验证
• 第5章 讨论
• 5.1 水稻花器官发育与ABCE模型
• 5.2 PS1,又一个非ABCE类花器官特征发育基因
• 5.3 单子叶植物水稻B类花器官特征基因的保守性
• 5.4 突变体研究能更好地阐明突变基因在植物花发育中的真正作用
• 5.5 杂合体是生殖障碍突变体特殊而有效的保存方法
• 5.6 遗传分析在基因定位的作用
• 5.7 紧密连锁的分子标记为开展水稻突变基因定位提供了简便而有效的技术支撑
• 5.8 基因定位不在于遗传距离的远近,但要获得目的基因的精确位置还需要精细定位
• 5.9 基因定位的关键是定位的置信区间
• 5.10 利用F3作为定位群体要注意F2单株的标记与基因之间是否发生了交换
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 学习期间科研活动
• 附录B 学习期间发表的论文