红米花色苷的着色规律及基因表达研究

作     者：袁昭弟 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余显权

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：红米 花色苷含量 着色规律 结构基因表达分析 

摘      要：红米花色苷是一类天然食用色素,常被用于食疗来改善体质和预防各种疾病的发生。本研究以红米品种贵红1号×白米恢复系蜀恢498构建的F5、F6重组自交系的部分群体和母本与父本(白米对照)为材料。对不同世代的10份红米株系和亲本测定花色苷含量,并对种植于黎平和乌当F6的10份红米株系和亲本进行着色规律观察及对花色苷含量、积累量和叶绿素含量与F6的50份红米株系和亲本的花色苷含量、花青素含量和总黄酮含量进行测定,并用1份红米株系、1份白米株系和亲本检测花色苷合成结构基因在茎、叶和不同时期种子的相对表达量。以期为以后培育花色苷含量高的红米品种提供一种有效的方法。主要研究结果如下:1、对不同环境因素对红米株系和亲本的着色规律、花色苷含量和积累量动态变化的测定表明。种植于黎平和乌当的红米株系和母本开花后78 d和收获后288 d,籽粒的花色苷含量和积累量在果皮和种皮中逐渐增加,而叶绿素含量逐渐消失。它们在黎平开花后141 d籽粒的颜色开始呈现红色,而乌当开花后218 d,开始呈现红色。它们的花色苷含量、积累量和叶绿素含量在黎平收获后288 d高于乌当,而在乌当开花后78 d高于黎平,在黎平和乌当开花后7 d相同。表明海拔较高、温度适宜和湿度较大的乌当适宜花色苷含量、花色苷积累量和叶绿素含量在红米株系和母本籽粒发育中后期积累,而海拔较低、积温较高的黎平适宜花色苷含量和积累量在籽粒收获后的积累。因此,对于像海拔较低、积温较高的黎平,种子收获后的选择就显得非常重要。2、对不同环境因素对红米株系和亲本的花色苷含量、总黄酮含量和花青素含量影响的研究。黎平和乌当的红米株系和亲本的花色苷含量、花青素含量和总黄酮含量不同,其中,黎平红米株系37的花色苷含量是父本(白米对照)花色苷含量的100.4倍;乌当红米株系34的花色苷含量是父本(白米对照)花色苷含量的67.88倍;均为花色苷含量高的红米株系。黎平的花色苷含量和总黄酮含量的平均值分别是乌当的花色苷含量和总黄酮含量的1.05倍、1.03倍,表明海拔较低、积温较高、光照较长、昼夜温差小的黎平适宜花色苷含量和总黄酮含量的积累;而乌当的花青素含量的平均值是黎平花青素含量的1.06倍,表明海拔较高、温度适宜、湿度较大的乌当适宜花青素含量的积累。3、对红米花色苷含量的动态变化与其合成结构基因的表达分析研究。Os PA-L、Os CHS在水稻的茎、叶和种子中表达,Os CHI在白米恢复系蜀恢498和白米株系的组织中均有表达,是花色苷合成的组成型基因;其它基因在参试材料的茎、叶和种子中的表达量不同,具有组织特异性。在红米品种贵红1号和红米株系开花后78 d的花色苷积累量逐渐增加,而白米恢复系蜀恢498和白米株系的花色苷积累量逐渐下降;这些基因在红米品种贵红1号和红米株系的前中后期均有表达而表达量较高,Os CHS在红米品种贵红1号种子发育过程中的表达量逐渐增加;这些基因在白米恢复系蜀恢498和白米株系开花后78 d的前中期表达量较低,后期急剧降低。表明这些基因的表达量与其花色苷的含量动态变化相同,与花色苷的积累有一定的作用。Os PAL、Os CHS表达量与红米品种贵红1号花色苷含量呈显著正相关,Os F3H表达量与白米株系花色苷含量呈显著正相关,Os PAL表达量与红米株系花色苷含量呈显著正相关,Os CHI、Os F3’5’H、Os UFGT表达量与红米株系花色苷含量呈极显著正相关。这些基因在参试材料的茎、叶和种子开花后78 d前中后期的差异表达,可能是造成它们着色差异的主要原因。Os PAL、Os CHS是红米品种贵红1号籽粒花色苷合成的关键基因,Os F3H在白米株系籽粒发育过程中扮演重要的角色,Os PAL、Os CHI、Os F3’5’H、Os UFGT在红米株系籽粒花色苷积累中起重要作用。