一个水稻颖壳突变体的精细定位

论文摘要

基于对拟南芥[Arabidopsis thaliana)和金鱼草[Antirrhinum majus)等双子叶模式植物花器官的研究,人们已经了解了一些植物花发育过程的遗传机理,并建立了花器官同源异型基因调控的ABCE模型。水稻是单子叶植物,它的花器官与双子叶植物的相比较有明显的差别。水稻的小花从外到内依次由一个外稃,一个内稃,两个浆片,六枚雄蕊和一枚雌蕊构成。它具有与双子叶植物相似的雄蕊和雌蕊器官,但没有明显的双子叶植物的花萼与花瓣结构。虽然之前的研究已经证明它也基本适用ABCE模型,但是人们对水稻外两轮花器官的发育调控机理仍然不太了解。水稻既是世界上重要的粮食作物,又是单子叶植物的代表。其花器官的形成、发育与稻米产量、品质息息相关,因此研究意义重大。本实验室在建立的水稻突变体库中发现了一个水稻颖壳突变体,它的颖壳狭长,且外稃尖端向内稃方向严重弯曲呈钩状,不过内外稃咬合正常,各轮花器官与籽粒发育也正常；株高、分蘖等其他性状与日本晴相比没有太大的差别,我们暂时将它命名为slender hull1(shl)。遗传分析表明,shl颖壳呈钩状的目标性状是受单隐性基因控制的。本研究通过图位克隆的方法精细定位了SHl基因,并在此基础上对该基因做了预测,展开了功能互补实验。主要得到以下几点结论：(1)对shl颖壳的横切面做了石蜡切片,在体式镜下观察显示：颖壳的细胞形态、构成与野生型基本没有区别,内外稃咬合也正常。(2)用shl与TN1杂交,在其F2群体中挑选了124个隐性性状单株做初定位,将其定位在1号染色体上SSR标记RM3148与RM3740之间,遗传距离分别为5.6cM和12.5cM。接着扩大群体,进行精细定位。在初定位区间内,除了利用已有的公共标记,还自行设计发展了8对STS标记,最后将目标基因SHl精细定位在物理距离为92kb的区间内。我们分析了该区间存在的11个开放阅读框,最终选择其中的锌指蛋白基因作为候选基因。(3)对shl与其它亲本的候选基因进行测序。测序结果显示,shl与其他亲本在该基因的外显子区有一个单碱基差异(shl为T,其他亲本为C)。shl中这个单碱基的变化造成了候选基因的错义突变,导致了其编码氨基酸的不同(shl中编码Val,其他亲本中编码Ala)。目前,shl的功能互补实验仍在进行中。我们预测的基因其实就是OsJAG基因。水稻的OsJAG与其他物种中它的同源基因都曾经被报道过,主要功能就是调控植物花器官的发育。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 文献综述
• 1.1 高等植物花器官发育的分子调控机理
• 1.1.1 花序分生组织调控基因
• 1.1.2 花分生组织调控基因
• 1.1.3 花器官发育的模型
• 1.1.4 花器官发育特征基因
• 1.2 水稻中的花发育调控机理
• 1.3 水稻颖壳发育研究进展
• 1.3.1 对颖壳发育突变体的研究
• 1.3.2 水稻颖壳发育相关基因
• 1.3.3 问题与展望
• 1.4 水稻基因的图位克隆技术
• 1.4.1 图位克隆技术的原理
• 1.4.2 水稻图位克隆的技术环节
• 1.4.3 图位克隆技术的问题与展望
• 1.5 本研究的目的和意义
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 水稻材料
• 2.1.2 实验室常用药品试剂与仪器
• 2.2 实验基本方法
• 2.2.1 定位单株的取样
• 2.2.2 颖壳的石蜡切片观察
• 2.2.3 水稻DNA的提取
• 2.2.4 大片段BAC质粒DNA的提取
• 2.2.5 Taq酶的制备
• 2.2.6 PCR反应
• 2.2.7 DNA片段的电泳检测、纯化与回收
• 2.2.8 热击法转化大肠杆菌感受态细胞
• 2.2.9 电击法转化根瘤农杆菌感受态细胞
• 2.2.10 DNA测序
• 2.3 基因定位与克隆
• 2.3.1 基因初步定位
• 2.3.2 基因精细定位
• 2.3.3 基因的预测
• 2.3.4 互补载体的构建
• 3 结果与分析
• 3.1 sh1钩状颖壳表型的鉴定
• 3.2 石蜡切片观察
• 3.3 初定位结果与分析
• 3.4 精细定位结果与分析
• 3.5 候选基因预测
• 3.6 互补载体构建
• 4 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.3 进一步研究构想
• 参考文献
• 附录A 实验仪器
• 附录B 实验室常用试剂配方
• 附录C 英文缩略词表
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢