水稻高产QTL基因组区段内基因簇单倍型结构与表达变异

论文摘要

通过构建单个数量性状位点（quantitative trait locus，QTL）上的近等基因系（nearly isogenic lines，NILs），我们将高产QTLqGY2-1精细定位在水稻2号染色体上的102.9-kb基因组区域内。通过在用于构建NILs的供体亲本（东乡野生稻，Oryza rufipogon Griff.）和轮回亲本（桂朝2号，Oryza sativa ssp. indica）中QTL所对应的同源基因组区段之间进行序列比较分析，鉴别出了一个与qGY2-1相关的富亮氨酸重复受体蛋白激酶（Leucine-rich-repeat Receptor Kinase，LRK）基因簇。。此LRK基因簇内表现出显著的等位基因变异，在桂朝2号和东乡野生稻中，LRK基因簇分别包含7个和8个串联排列的LRK基因拷贝，组成两个单倍型结构。基因间区序列变异程度非常高，更重要的是，基因编码区也呈现出序列变异，其中一个基因的两个等位基因间的序列一致性仅为92％，而另一个基因的等位基因拷贝在桂朝2号中完全丢失。基因簇中其它6个LRK基因在两个单倍型之间均呈现出大于98％的序列一致性，而其中的4个基因在调控区又表现出显著序列变异。两个单倍型区段所涉及的序列长度也不同，在桂朝2号中为43.9-kb，而在东乡野生稻中则为52.6-kb。如此显著的序列变异同样也出现在水稻的籼（93-11）、粳（Nipponbare）两个亚种的同源区段之间。LRK基因簇中不同程度的序列变异导致了13个栽培稻和野生稻样本中单倍型的多样性，这种单一位点上基因组序列丰富的多态性为水稻基因组进化和栽培稻起源演化的研究提供了线索。此外，我们还对QTL的候选基因进行了初步转基因功能研究。对LRK基因簇中的基因表达分析表明，其中一些基因表现出了等位基因表达变异，其模式从同时表达两个等位基因到只表达其中一个亲本等位基因。在杂种F1中，还分别检测到了基因表达的“显性互补效应”和“超显性效应”。而LRK6的等位基因特异表达分析表明了基因调控区序列差异可能在等位基因表达变异中发挥重要作用。这些等位基因结构和表达变异分析的结果表明，在本研究中鉴别出的LRK基因簇可作为高产QTLqGY2-1的最佳候选基因，从而有助于我们了解植物QTL及水稻杂种优势的分子基础。此外，我们还通过全基因组序列分析，鉴别出了278个水稻OsLRK基因，并分析了它们在染色体上的分布特征。进一步的籼、粳序列比较表明，其中有102个和64个基因分别在调控区和编码存在不同程度的序列变异。这些OsLRK基因的等位基因结构差异和由此可能产生的表达变异可能在籼、粳形态分化中起着重要作用。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 综述
• 一.数量性状的分子基础
• 二.作物杂种优势的遗传基础
• 第一章 水稻高产QTLqGY2-1的基因组剖析
• 1.1 材料与方法
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 水稻高产QTL qGY2-1的精细定位
• 1.2.2 qGY2-1基因组区段序列分析
• 第二章 LRK基因簇单倍型结构与功能分析
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 水稻LRK位点上单倍型结构变异
• 2.2.2 水稻LRK基因簇单倍型多样性
• 2.2.3 基因枪法LRK1转基因研究
• 2.3 讨论
• 第三章 水稻LRK位点上等位基因表达变异
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与分析
• 1中的差异表达'>3.2.1 LRK基因在亲本及杂种F₁中的差异表达
• 1中的等位基因特异表达'>3.2.2 LRK6在杂种F₁中的等位基因特异表达
• 3.3 讨论
• 第四章 OsLRK基因家族及其等位基因结构变异
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 OsLRK基因家族组成及其染色体分布特征
• 4.2.2 OsLRK基因等位基因结构变异
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表论文