非孟德尔遗传在EGSR水稻上的表现及叶绿素缺乏突变体W1色素缺乏机理的探讨

论文摘要

本论文对非孟德尔遗传在EGSR水稻上的具体表现形式进行了统计和遗传分析。并对一份水稻叶绿素缺乏突变体的叶绿体结构、光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体、色素合成前体物质的变化等和野生型进行了比较研究。第一部分，非孟德尔遗传在EGSR水稻上的表现。水稻早世代稳定现象是水稻育种实践中出现的一种特殊遗传现象。本实验选用SAR-Ⅲ的同源三倍体和几个早稳材料做亲本分别与普通材料杂交，通过对后代全面而系统的农艺性状分析、遗传分析和SSR标记检测，分析了亲本的遗传标记在后代群体的重组和传递情况。结果如下：同源三倍体Φ49是从双胚苗群体SAR-Ⅲ中获得的，它作为母本和R188杂交，获得36株F1，倍性鉴定均为二倍体。所有的F1单株表型均整齐一致，偏父，这异于一般的3N×2N杂交后代表现。SSR标记检测结果表明：F1各单株表现一致，在52个多态性位点中有44个位点纯合，同父本一致；只有5个标记扩增结果表现为来源于父母本的杂合带型；还有3个标记扩增的杂合带型表明是不同于父母本的特异带型。相应的F2株系同样的进行了分子标记检测，那些在F1单株中处于纯合状态的标记位点，在所有的F2群体中依然表现为稳定遗传的纯合状态；那些在F1单株中处于杂合状态的标记位点，在大部分F2群体中的表现符合孟德尔遗传，但在三个群体中有两个标记出现了异常，即F1单株中表现杂合的标记位点在F2群体中却表现为同父本带型一致的纯合状态。SAR-Ⅲ双苗中与同源三倍体对应的二倍体和R188杂交，结果都没有异常现象出现。利用几个早稳材料和普通材料做正反杂交，所有杂交组合F1中出现父母亲本多态位点上的部分纯合单株频率为4.63％，但各组合间、同一组合的正反交间，后代特异单株出现频率差异都很大。在429／黑珍米组合中，429作父本后代表现正常，但429作母本后代F1的特异单株率为98％，单株间在表型上就有差异，性状分离明显；SSR分子检测结果表明：在38对多态性标记中，2个标记（RM208，RM566）在所有单株中都表现父母双亲的杂合带型，其余标记都部分的丧失了杂合性(在F1单株中都

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摘要

Abstract

第一部分非孟德尔遗传在EGSR水稻上的表现

引言

一综述

1 水稻早世代稳定现象的发现及表现特征

1.1 水稻早世代稳定现象发现的背景

1.2 另类早世代稳定材料在水稻上的发现

1.3 有关84-15及后代早代稳定特性的最初研究

1.4 水稻早代稳定研究的新进展

2 早代稳定机理的研究进展

2.1 早代稳定材料最初来源于远缘杂交

2.1.1 普通远缘杂交的分类

2.1.2 植物远缘杂交中的异常染色体行为

2.1.3 植物远缘杂种细胞中亲本染色体的空间分布

2.1.4 同源染色体配对的机理

2.1.5 小麦的促进同源染色体配对基因

2.1.5.1 Ph基因的发现及其性质

2.1.5.2 已发现的普通小麦近缘种属中控制染色体配对基因

2.1.5.3 PH基因的作用机理

2.2 早代稳定机理的最初推测

2.3 杂合性丧失促进早代稳定

2.4 DNA片段杂交假说

2.5 RNA水平上的缓存进行的DNA水平上的修复假说

3 展望

4 参考文献

二材料与方法

1 材料

2 杂交组合

3 杂交后代种植及农艺性状鉴定

4 特异株系出现频率的统计方法

5 倍性鉴定

5.1 取材

5.2 根尖制片

6 同源三倍体与二倍体杂交结实性鉴定

7 同源三倍体与二倍体杂交受精过程及胚胎发育取材与观察

8 DNA提取方法

9 SSR标记

10 扩增产物回收、纯化

11 转化

12 测序用pMD18-T-Ft1质粒DNA的小量制备（碱法）

13 测序

三结果与分析

1 同源三倍体和常规二倍体杂交后代的分析

1.1 水稻EGSR材料的最初获得

1.2 EGSR材料的微卫星分析

1.2.1 EGSR材料单株间表现一致

1.2.2 EGSR材料是来源于Φ49和R188的真实杂种

1.2.3 EGSR材料属于偏父类型

1.2.4 EGSR材料存在染色体水平上的重组

2群体分离情况SSR标记分析'>1.2.5 EGSR F₂群体分离情况SSR标记分析

1.3 获得EGSR材料的可重复性验证

1.4 SAR-Ⅲ的同源三倍体与普通二倍体杂交能力分析

1.4.1 传粉受精过程观察

1.4.2 合子胚发育结果观察

1.5 SAR-Ⅲ的同源三倍体对应二倍体和普通二倍体杂交结果分析

1.6 SAR-Ⅲ的同源三倍体和对应二倍体的基因组差异比较

1.7 EGSR材料的保存

2 水稻早世代稳定材料和普通二倍体杂交后代研究

2.1 水稻早世代稳定材料和普通二倍体杂交亲本的确定

2.2 水稻早世代稳定材料和普通二倍体杂交规模的确定

1假杂种的排除'>2.3 水稻早世代稳定材料和普通二倍体杂交F₁假杂种的排除

1群体的先期室内鉴定'>2.4 水稻早世代稳定材料和普通二倍体杂交F₁群体的先期室内鉴定

1单株田间表型性状统计'>2.5 特定组合的F₁单株田间表型性状统计

1的田间表型性状观察'>2.5.1 早代稳定材料429／黑珍米杂交组合F₁的田间表型性状观察

1田间表型性状观察'>2.5.2 若干早代稳定材料和黑珍米的杂交后代F₁田间表型性状观察

1分子标记检测'>2.6 特定组合的F₁分子标记检测

1的分子标记检测'>2.6.1 早代稳定材料429／黑珍米杂交组合F₁的分子标记检测

1的分子标记检测'>2.6.2 黑珍米／429杂交组合F₁的分子标记检测

1的分子标记检测'>2.6.3 992／黑珍米等正反交组合F₁的分子标记检测

1的分子标记检测'>2.6.4 429／9311正反交组合F₁的分子标记检测

2群体田间调查'>2.7 429／黑珍米的F₂群体田间调查

2群体SSR分析'>2.8 429／黑珍米的F₂群体SSR分析

2.9 黑珍米和普通二倍体材料做杂交后代的遗传表现

2.10 429／黑珍米组合的重复验证

2.11 429／黑珍米的杂交种幼胚培养

四讨论

1 远缘杂交可能是早代稳定材料产生的诱因

2 水稻早代稳定现象的发生在必然中存在偶然

3 早代稳定现象的发生具有多样性

4 早代稳定材料的遗传特点

5 早稳特征的后代产生频率可能受亲本选择、环境等因素影响

6 早稳机理的探讨

6.1 DNA片段杂交假说

6.2 体细胞的分类有丝分裂

6.3 杂合性丧失

7 早稳机制发生在合子胚发育的最初阶段

8 后续研究设想

四参考文献

第二部分叶绿素缺乏突变体W1色素缺乏机理的探讨

引言

一综述

1.植物中的四吡咯生物合成途径

2 四吡咯代谢的调控机制

2.1 限速步骤：ALA合成

2.2 Porto Ⅸ在分支点分配到Fe-螯合酶和Mg-螯合酶的控制

2.3 光依赖的合成步骤：被子植物中的POR的功能与表达

2.4 血红素与四吡咯中间代谢物对植物四吡咯合成的反馈控制

2.5 光敏色素

3 蛋白质向叶绿体的转运

3.1 前导肽—引导蛋白转运和定位的信号

3.2 蛋白质跨过叶绿体被膜

3.2.1 蛋白质跨膜转运的一般过程

3.2.2 叶绿体被膜上的蛋白质转运机器

3.3 分子伴娘的作用

3.4 蛋白质转运至叶绿体的途径

3.5 蛋白前体在叶绿体和其它细胞器间的分选

3.6 蛋白前体在叶绿体中的加工

3.7 蛋白在叶绿体中的定位

3.7.1 外被膜上的蛋白定位

3.7.2 内被膜上的蛋白定位

3.7.3 类囊体系统的蛋白定位

3.7.3.1 类囊体Sec途径

3.7.3.2 SRP类似途径

3.7.3.3 △pH途径

3.7.3.4 自发的整合途径

4 结语

5 参考文献

二材料和方法

1 植物材料

2 突变体W1光合能力的测定

3 DCIP光还原活性的测定

4 叶绿体超微结构观察

5 叶片总蛋白的提取和含量测定

6 色素含量的测定

7 类囊体膜蛋白的制备

8 温和电泳

9 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳

10 Western免疫印迹分析

11 质粒DNA的提取

12 mRNA提取

13 Northern杂交

13.1 RNA的电泳分离

13.2 印迹转移

13.3 DNA探针及其标记

13.4 杂交反应

14 叶绿素前体物质的测定

14.1 δ-氨基乙酰丙酸（ALA）的测定

14.2 胆色素原（PBG）的测定

14.3 尿卟啉原Ⅲ（Urogen Ⅲ）的测定

14.4 原卟啉Ⅸ（Proto Ⅸ）和原脱植基叶绿素（Pchlide）的测定

14.5 镁原卟啉（Mg-Proto）的测定

14.6 原脱植基叶绿素（Pchlide）到脱植基叶绿素（Chlide）光转化效率的测定

15 遗传分析和定位群体构建

三实验结果与分析

1 突变体W1的表型特征

2 DCIP活性分析

3 光合能力比较

4 叶绿体超微结构观察

5 叶片光合色素及蛋白质含量的测定

6 类囊体膜色素蛋白的温和电泳分析

7 类囊体膜蛋白的SDS-PAGE与Western免疫印迹分析

8 Cab基因转录水平分析

9 叶绿素积累速率比较

10 叶绿素生物合成中间物含量变化比较

11.遗传分析和相关基因的分子标记定位

四讨论

1 突变体W1的黄化特征分析

2 突变体W1的LHCⅡ急剧减少

3 突变体W1的低光合能力缘于其低的光电子接受能力

4 突变体W1Cab基因的转录水平不是导致其LHCⅡ减少的原因

5 突变体W1的LHCⅡ减少是由于叶绿素合成能力的降低导致

五参考文献

在读期间发表论文

致谢

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