一个水稻颖花突变体的遗传分析与基因定位

论文摘要

全世界约有一半人口以水稻为主食，随着人口的增加，人类对粮食的需求将面临着巨大的挑战。水稻花器官的发育结果直接影响稻谷产量和稻米品质，而且水稻是单子叶植物花器官发育分子生物学研究的模式植物，因此，研究水稻花器官的发育具有重要意义。本研究将籼稻品种197-1进行60Co γ-射线诱变，从M2代中筛选到一株颖花发育异常的突变体，命名为Osaf（Oryza sativa aberrantfloret）。在营养生长时期，此突变体与野生型相比，没有明显的发育异常，但是其主要农艺性状比如剑叶长度、分蘖数和抽穗时期有显著差异。在进入生殖生长后，Osaf突变体的花器官相较于野生型，则表现为护颖伸长或护颖数目发生变化；内外桴数目差异较大；大部分小花裂开；浆片伸长或者转换成叶状器官；雌雄蕊数目发生变化；小花中有类似花序的结构或其他难以名状的嵌合器官形成等。另外，比较突出的是突变体中还出现大量的表型完全正常的小花。对这个突变体进行的遗传学分析结果表明这些性状受一对隐性基因控制。为了对OsAF进行基因定位，将Osaf与日本晴杂交，建立F2代群体，筛选F2代中的突变株，利用已公布的水稻RM系列SSR标记应用图位克隆技术，对Osaf进行基因定位。我们将OsAF初步定位在1号染色体长臂末端上，SSR标记RM414与RM472之间，遗传距离分别为4.5cM和5.5cM。此后，进一步将该基因精细定位在SSR标记RM12025和RM6827之间，物理距离41kb的区域范围内。根据已知的水稻相关数据库对该区域进行分析，显示该区域有两个候选基因，对其进行测序后与正常亲本进行序列对比分析，结果显示其中一个候选基因缺失两个碱基造成移码突变。正常OsAF基因的ORF全长1308bp，无内含子序列，编码435个氨基酸，在密码子TGA处终止，OsAF基因突变后发生移码，编码438个氨基酸，在密码子TAA处终止。将OsAF基因编码的正常氨基酸序列在NCBI数据库中进行BLAST分析，结果显示此基因是属于酯酶家族Ⅲ中的成员，OsAF发生移码突变后的氨基酸序列缺少了一个酯酶催化三联体中的一个核心氨基酸组氨酸。

论文目录

• Abbreviations
• 中文摘要
• Abstract
• Chapter 1：Introduction
• Overview
• 1.1 The floral structure of the model dicot Arabidopsis thaliana and the model monocot Oryza sativa
• 1.2 ABC model for flower development
• 1.3 Molecular regulation of rice floral organ identity
• 1.4 Recent progress on rice spikelet mutants
• Chapter 2：Materials and Methods
• 2.1 Plant materials
• 2.2 Observation of major agronomic traits and flower phenotypes of Oasf mutants
• 2.3 Genetic analysis and the mapping population of rice
• 2.4 SSR markers and other primers
• 2.5 DNA extraction
• 2.6 PCR analysis
• 2.6.1 The PCR amplifications
• 2.6.2 Molecular marker analysis
• 2.7 Gene mapping of the OsAF gene controlling floral organ development in rice
• 2.8 Fine mapping of the OsAF gene controlling floral organ development in rice
• 2.9 Candidate gene prediction and sequencing
• 2.10 Phylogenetic analysis and multiple sequence alignments of the OsAF gene
• Chapter 3：Results and Analysis
• 3.1 Phenotypic characterization of the Osaf mutant
• 3.2 Genetic analysis of the gene for the Osaf mutant
• 3.3 Gene mapping of the OSAF gene
• 3.4 DNA sequence analysis and phylogenetic analysis of the OsAF Gene
• Chapter 4：Discussions
• 4.1 OsAF is a key regulator of rice floral organ identity
• 4.2 OsAF encodes the class III triacylglycerol （TAG） lipase
• References
• Appendix
• Acknowledgement