一个水稻簇生穗突变体的遗传分析与基因定位

作     者：陈光毅 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴先军

授予年度：2014年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：簇生穗 遗传分析 基因定位 P450 BR 

摘      要：水稻,是我国重要的粮食作物。世界上有将近一半的人口将稻米作为主食。水稻的产量构成因素由4部分组成：单位面积穗数、每穗粒数、结实率与千粒重。因此,小穗的发育是影响水稻产量的重要因素之一。水稻簇生穗突变体(Clustered Spikelets, Cl),即主穗轴和枝梗顶端颖花与下面的2-3朵颖花着生在一起。这类突变体最早是由美国的Jodon于1957年报道。该突变体的每穗颖花数与野生型相比大幅度增加,这对提高单穗产量具有重要意义。Nagao和Takahashi两位日本研究者发现：这种性状是由单个不完全显性基因控制,并将其定位在水稻第6号染色体上。本研究从一个经EMS诱变的高世代回交群体M2中获得一个簇生穗突变体,暂命名为EMS-Cl,其表型特征为主穗轴严重退化,只有很少的二次枝梗,枝梗顶端2-4粒小穗簇生在一起,且籽粒发育畸形。利用该突变体材料构建遗传定位群体,对突变体EMS-Cl进行了遗传分析以及基因定位,得到的主要研究结果如下：1.突变体EMS-Cl的表型特征和主要农艺性状：与野生型相比,突变体EMS-Cl穗子的差异主要表现在：主穗轴严重退化,二次枝梗数减少;枝梗顶端2-4粒小穗簇生在一起,呈“V或“W形状排列;突变籽粒变小,籽粒畸形,结实率也很低。分别随机选取突变体EMS-Cl、野生型和日本晴成熟穗子考查其穗部农艺性状,通过统计发现突变体EMS-Cl每穗颖花数增多(多达344粒),籽粒发生簇生的概率也很高(高达70%),但是结实率却非常低(低至35%)。2.突变体EMS-Cl的遗传分析：以突变体EMS-Cl作为亲本之一,分别与日本晴正反交,得到的F1植株的穗部均表现为正常穗型,说明该性状为隐性遗传,且不受细胞质遗传影响。用EMS-Cl作母本,日本晴做父本构建F2群体,观察群体中植株的分离表现。结果发现：在F2群体中,显性性状与隐性性状的分离比约为17：1,说明该基因的遗传应该还受到不同遗传背景和籼粳交群体不育性的影响。3.突变体EMS-Cl的基因定位及基因预测：以突变体EMS-Cl和日本晴的杂交所得的F2作为定位群体。用405对平均分布于水稻12条染色体上的SSR标记进行亲本间多态性分析,采用群体分离分析法(Bulked Segregant Analysis, BSA)对混池进行筛选,并同时重新开发了20对新的SSR标记,最后将该基因定位在Chr4长臂标记CGY-08和CGY-02之间,两者之间的物理距离为145.7kb。根据基因定位结果,利用Rice Genome Annotation Project (http://***/)对该目标区域内的基因进行预测。结果发现,该区域内包含了20个预测基因。经分析和测序比较,突变体EMS-Cl在一个细胞色素P450 (CYP724B1)基因的第四外显子发生了单碱基的突变,C1810突变为T1810。该碱基突变导致其编码蛋白质的第292位的苏氨酸(Thr)突变为异亮氨酸(Ile)。细胞色素P450编码与油菜素内酯(BR)合成相关的蛋白,而BR对花粉粒育性和顶端分生组织的保持方面发挥重要作用。推测细胞色素P450突变可能是造成籽粒簇生性状的原因。