水稻5份黄绿叶突变体和1份雄性不育突变体的遗传分析与基因定位

论文摘要

水稻突变体主要来源于自然突变和人工诱变,自然突变和人工诱变是创造新种质、选育新品种的重要途径。本文对6份水稻突变材料进行遗传分析与基因定位,其中D77、D83、D86、D91和ygl98是黄绿叶突变材料,通过EMS诱变获得；802A是雄性不育自然突变材料,在籼稻品系蜀恢527和蜀恢881杂交F8群体中发现。研究的主要结果如下：黄绿叶突变体D77、D83、D86和D91的整个生育期均表现为黄绿叶,植株的形态特征和主要农艺性状相似,光合色素含量差异不大。与野生型亲本10079相比,D77、D83、D86和D91的叶绿素和类胡萝卜素含量分别平均下降47.1%和40.4%；株高、穗平均着粒数和千粒重分别平均减少6.7%、8.9%和10.2%,剑叶宽平均增加13.3%。透射电镜观察表明,D77突变体的多数叶绿体形状不规则,一些叶绿体呈扭曲状,基粒片层垛叠数有所减少,排列疏松。遗传分析表明,D77、D83、D86和D91的突变性状均由一对隐性核基因控制。分别以D77/浙福802、D83/浙福802、D86/浙福802和D91/浙福802 F2作定位群体进行分子标记定位,结果表明,D77、D83、D86和D91所携带的突变基因均位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,平均遗传距离分别为1.5和1.6 cM。D77、D83、D86和D91进行相互杂交,所有F1植株的叶色均与双亲相似,表现黄绿叶,故可认为D77、D83、D86和D91的突变基因为等位关系,是一个新的水稻黄绿叶突变基因。黄绿叶突变体ygl98的整个生育期也呈黄绿色。与野生型相比,ygl98突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降45.3%和45.6%,有效穗数和结实率分别减少14.4%和10.7%,株高降低7.4%。透射电镜观察表明,ygl98突变体的叶绿体形状不规则,叶绿体中有许多空的囊泡状结构,类囊体数目减少,每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成。遗传分析表明,ygl98的突变性状由一对隐性核基因控制。利用（ygl98/浙辐802）F2作为定位群体,将突变基因定位在第3染色体长臂InDel标记I3和I4之间,遗传距离分别为0.07和0.19 cM,两标记之间的物理距离约为44.2kb,此区问内包含8个预测基因。基因组序列分析发现,ygl98突变体在编码镁离子螯合酶Ch1D亚基的OsChlD基因编码区第1 522碱基处（位于第10外显子）,碱基G突变为碱基A,从而造成编码蛋白序列第508位的丙氨酸（Ala）突变成苏氨酸（Thr）。该基因是已报道的水稻黄绿叶基因Chlorina-1的等位基因,但突变体表型有明显区别,Chlorina-1突变体在2～3周龄幼苗时开始出现黄绿叶,且该黄绿叶性状仅在苗期表现,而ygl98突变体整个生育期都表现为黄绿叶,这可能是OsChlD基因组序列的突变位点不同造成的。雄性不育突变体802A的花药瘦小、干瘪、不开裂,外观呈乳白色,花粉以典败为主,属于普通雄性不育类型。同时,该突变体还表现颖壳变细、扭曲,剑叶变短、变窄、内卷,穗颈包颈等特征。本实验室先前的研究结果表明,802A的雄性不育性状由1对隐性核基因控制,以802A/Ⅱ-32B F2和802A/02428 F2为定位群体,运用SSR标记进行基因定位,发现RM3513、RM6266与该不育基因存在连锁关系,遗传距离分别为0.6 cM和3.9 cM。为进一步定位目标基因,新开发出5个具有亲本多态性的插入/缺失（InDel）标记,即S1、S2、S3、S4和S5,遗传连锁作图分析结果表明,突变基因位于S2与S5之间,遗传距离分别为0.6和0.3 cM,并且与InDel标记S3和S4在167株F2不育单株中共分离。S2和S5标记将该突变基因界定在一个约244K的区域内,该区域含有AC147427、AC145383和AL713930等3个BAC。与迄今已报道的水稻雄性不育基因比较,认为802A所携带的突变基因是一个新的水稻隐性核不育基因,暂命名为ms92（t）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 水稻叶色突变相关研究
• 1.1 水稻叶色突变体的来源和分类
• 1.1.1 水稻叶色突变体的来源
• 1.1.2 水稻叶色突变体的分类
• 1.2 水稻叶色突变的分子机制
• 1.2.1 叶绿素生物合成途件中相关基因的突变
• 1.2.2 血红素生物合成途径中相关基因的突变
• 1.2.3 编码其它叶绿体蛋白基因的突变
• 1.2.4 与光合系统无直接关系基因的突变
• 1.3 水稻叶色突变体的生理学研究
• 1.3.1 水稻叶色突变体的叶绿体结构
• 1.3.2 水稻叶色突变体的表型与叶绿素含量的关系
• 1.4 水稻叶色突变体的分子生物学研究
• 1.4.1 水稻叶色突变体的遗传方式
• 1.4.2 水稻叶色突变基因的定位
• 1.4.3 水稻叶色突变基因的克隆
• 1.5 水稻叶色突变体的应用
• 1.5.1 水稻叶色突变体在基础研究中的应用
• 1.5.2 水稻叶色突变体在生产实践中的应用
• 2 水稻雄性不育突变相关研究进展
• 3 分子标记与水稻基因图位克隆技术
• 3.1 分子标记
• 3.1.1 分子标记的概念
• 3.1.2 水稻遗传育种研究中几种常见的分子标记
• 3.1.3 分子标记在水稻遗传育种中的应用
• 3.2 水稻基因图位克隆技术
• 3.2.1 图位克隆技术简述
• 3.2.2 图位克隆的技术环节
• 4 开题设想及本研究的目的和意义
• 第二章 水稻黄绿叶突变体D77、D83、D86和D91的遗传分析与基因定位
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料与田间试验
• 1.2 光合色素含量的测定
• 1.3 透射电子显微镜分析
• 1.4 定位群体构建与总DNA提取
• 1.5 分子标记分析与遗传图谱构建
• 1.6 黄绿叶基因等位性测验
• 2 结果与分析
• 2.1 突变体的形态特征及主要农艺性状表现
• 2.2 突变体的光合色素
• 2.3 透射电子显微镜分析
• 2.4 突变性状的遗传分析
• 2.5 突变基因的分子标记定位
• 2.6 D77、D83、D86和D91黄绿叶基因等位性测验
• 3 讨论
• 第三章 水稻ygl98黄绿叶突变基因的遗传分析与精细定位
• 1 材料及方法
• 1.1 供试材料与田间试验
• 1.2 光合色素含量测定
• 1.3 透射电子显微镜分析
• 1.4 定位群休构建与总DNA提取
• 1.5 分子标记分析和遗传图谱构建
• 1.6 候选基因的遴选与测序
• 2 结果与分析
• 2.1 突变体的形态特征与主要农艺性状
• 2.2 突变体的光合色素含最
• 2.3 透射电子显微镜分析
• 2.4 突变性状的遗传分析
• 2.5 突变基因的分子标记定位和候选基因分析
• 3 讨论
• 3.1 ygl98突变基因的测序
• 3.2 ygl98黄绿叶性状的生理生化
• 第四章 水稻雄性不育突变体802A的遗传分析及基因定位
• 1 材料与方法
• 1.1 供试常规材料及雄性不育近等基因系
• 1.2 田间试验与性状调查
• 1.3 花粉育性鉴定
• 1.4 定位群体构建与总DNA提取
• 1.5 分子标记分析与遗传图谱构建
• 2 结果与分析
• 2.1 802A突变体的花粉育性、表型特征与农艺性状
• 2.2 802A雄性不育基因的遗传分析
• 2.3 802A雄性不育基因的分子标记定位
• 3 讨论
• 3.1 802A突变基因足一个新的水稻隐性核不育基因
• 3.2 802A突变体的表型
• 3.3 802A突变体在水稻育种应用上的潜在价值
• 第五章 全文小结
• 1 黄绿叶突变体D77、D83、D86和D91
• 2 黄绿叶突变体ygl98
• 3 雄性不育突变体802A
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文目录