水稻白化突变体和云南软米的超微结构观察及相关基因的遗传分析和分子标记定位

论文摘要

Ⅰ 水稻叶色突变（叶绿素突变）在水稻中占有很大的比例。根据叶色的的突变表型可将叶色突变体分为白化，黄化，浅绿，白翠，绿白，黄绿和条纹等8种类型。另外根据突变是否会导致死亡，可将叶色突变体分为致死型和非致死型。在非致死型突变体中主要有花斑叶突变体，部分程度失绿突变体和受温度与发育调控的叶色突变体。本研究中所研究的材料259就是一份受温度和发育进程共同控制的叶色突变体。经观察该突变体的白化表型出现在苗期（三叶期前），平均气温低于24℃的条件下。水稻苗期低温白化突变是水稻在发育早期对低温胁迫的一种适应性。 本研究利用便携式叶绿素测量仪测定了突变体在白化时期，复绿后植株的叶绿素含量，并用同为籼稻的9311作为对照。结果发现突变体在白化时的叶绿素含量低平均含量仅为1.2（SPAD）。而当突变体恢复正常后其叶绿素含量（23.6）接近对照9311的水平（25.3）。说明突变体的突变表型不会对植株的后期生长产生太大的影响。 用透射电镜观察突变体的叶绿体在不同表型下的结构变化，9311作为对照。结果发现突变体在白化时的叶绿体不能正常发育仅有囊泡状结构。而复绿后其叶绿体的结构也将恢复正常，与9311的正常叶绿体结构一致。由此进一步从微观结构上说明在白化时期，突变体的叶绿体结构发生了改变。 通过与9311，花B，太粳588和台湾香糯等不同遗传背景的材料做正反交实验。并观察后代的表现，经观察各个组合F1代的苗期在低温情况下均表现正常，而F2代的苗期在同样的环境条件下则会发生白化苗与正常绿苗的分离，经x2检验均符合3：1的分离比例，正常绿苗对白化苗显性，符合孟德尔的单基因遗传。说明该突变体受一个隐性核基因控制，暂将该基因命名为al-12。另外利用SSR分子标记技术将该基因定位在第8染色体上，两侧最近的SSR标记RM5068和RM3702分别距基因0.5-1.1cM和4.9cM。 根据基因定位的结果，在距目的基因两侧最近的SSR标记RM3702和RM5068之间的所有contigs中寻找与突变表型（低温，白化）极其相关的CDS序列最后找到了两个候选序列：细胞色素P450推测序列（putative cytochromosome P450，CYP）和冷激蛋白推测序列（putative cold shock protein，CSP）。根据这两个序列设计了三对引物，以白化突变体和9311在二叶期的叶片总RNA逆转录产物为模板，分别进行PCR扩增。其中出现了在突变体259和对照9311间有表达

论文目录

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• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 水稻白化突变体259的超微结构与基因定位
• 一 文献综述
• 1.1 叶绿素突变导致的叶色变化
• 1.2 非致死型突变体和致死型突变体
• 1.3 其它光合作用突变类型
• 1.4 叶绿素突变的遗传基础
• 1.5 叶绿素突变体的来源
• 1.6 利用叶绿素突变体从细胞与分子水平上对叶绿体发育过程的研究（叶色突变的分子机制）
• 1.6.1 叶绿素生物合成途径
• 1.6.2 核基因在叶绿体发育过程中的作用
• 1.6.2.1 核质互作导致失绿
• 1.6.2.2 核基因以间接方式引发失绿突变
• 1.6.3 叶绿素含量变化与叶绿体类囊体膜的发育
• 1.7 环境条件对叶绿体的影响
• 1.8 叶绿素突变体的研究趋势及应用前景
• 1.8.1 叶绿素突变体的研究趋势
• 1.8.2 叶色突变体的应用前景
• 1.8.2.1 叶色变异作为标记性状
• 1.8.2.2 遗传改良的育种材料
• 1.8.2.3 叶色突变体在植物生理学研究中的应用
• 1.8.2.4 叶色突变体在功能基因组学研究中的应用
• 1.9 水稻的叶绿素突变体研究概况
• 1.10 基因定位方法简述
• 1.10.1 标记基因法
• 1.10.2 初级三体分析法
• 1.10.3 相互易位系，代换系法
• 1.10.4 DNA分子标记法
• 1.11 研究目的与意义
• 二 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 三 结果与分析
• 3.1 水稻白化突变体259的表型特征
• 3.2 水稻白化突变体259的叶绿素含量测定
• 3.3 水稻白化突变体259的叶绿体显微观察
• 3.4 水稻白化突变体259的遗传分析
• 3.5 水稻白化突变体259的基因定位
• 3.6 水稻白化突变体259的RT-PCR分析
• 四 讨论
• 4.1 水稻白化突变体259的突变表型及其来源
• 4.2 水稻白化突变体259的细胞学研究
• 4.3 水稻白化突变体259的生理生化研究
• 4.4 水稻白化突变体259的遗传机制
• 4.4 水稻白化突变体259在生产育种中的应用
• 第二部分 云南软米毫目吕的超微结构与基因初步定位
• 一 文献综述
• 1.1 杂交水稻稻米品质现状
• 1.2 稻米品质的遗传研究进展
• 1.2.1 传统的遗传研究手段
• 1.2.2 借助生物化学和分子生物学的理论技术来研究与品质有关的质量性状基因和数量性状基因
• 1.2.2.1 质量性状基因分析
• 1.2.2.2 数量性状的QTL分析
• 1.2.2.3 稻米主要品质性状间的相关性
• 1.2.3 借助其他物理方法来研究稻米的品质，如电子显微镜，近红外仪
• 1.2.4 低直链淀粉水稻的选育进展
• 1.3 研究展望
• 1.3.1 水稻低直链淀粉含量突变体的创建，鉴定，筛选和利用
• 1.3.2 阐明直链淀粉含量突变的分子机理
• 1.3.3 加强Wx非等位的低直链淀粉含量基因的育种利用
• 1.3.4 复合型优质专用水稻品种的选育
• 1.4 目的与意义
• 二 材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 田间试验
• 2.3 室内分析
• 2.3.1 DNA的提取
• 2.3.2 PCR扩增反应及扩增产物的检测
• 2.3.3 水稻直链淀粉含量的测定及部分品种的稻米综合指标测定
• 2.3.4 水稻胚乳淀粉结构的扫描电镜观察
• 2.3.5 基因定位
• 三 结果与分析
• 3.1 软米毫目吕的Wx基因型与稻米品质的关系
• 3.2 毫目吕与其他Wx基因类型水稻品种的胚乳微观结构分析
• 3.3 亲本及杂交后代的直链淀粉含量测定与分析
• 3.4 软米直链淀粉含量控制基因DU-C1的定位
• 四 讨论
• 4.1 Wx基因位点的多态性及与软米直链淀粉含量的相关性
• 4.2 直链淀粉含量，胚乳微观结构和稻米品质的关系
• 4.3 软米杂种的品质表现及其在杂交水稻育种中的应用
• 4.4 软米直链淀粉含量基因与其它低直链淀粉含量突变体基因的关系
• 4.5 软米资源的进一步研究利用
• 参考文献
• 致谢
• 附录（论文发表情况）