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水稻长粒和短粒品种稃片的发育及细胞学差异

中国水稻科学 2009年第2期23卷 160-164页

作者：张艳胡春根姚家玲华中农业大学园艺林学学院湖北武汉430070 华中农业大学生命科技学院湖北武汉430070

以籼稻长粒品种明恢63和短粒品种川7为材料,利用石蜡制片技术研究了水稻稃片发育过程,并比较长粒和短粒品种稃片发育的细胞学差异。结果表明,小花原基时,稃片纵向各区段均匀分裂,随着发育的进行,稃片上部细胞最早停止分裂,基部细胞分裂... 详细信息

以籼稻长粒品种明恢63和短粒品种川7为材料,利用石蜡制片技术研究了水稻稃片发育过程,并比较长粒和短粒品种稃片发育的细胞学差异。结果表明,小花原基时,稃片纵向各区段均匀分裂,随着发育的进行,稃片上部细胞最早停止分裂,基部细胞分裂结束最晚。至花粉母细胞末期,稃片细胞结束分裂。花粉母细胞减数分裂期,稃片细胞开始进入快速伸长生长阶段,至小孢子晚期稃片长度达到最大值,而且稃片的中、基部细胞对其长度的贡献大于上部细胞。长粒和短粒水稻稃片发育过程基本一致,但长粒和短粒水稻内稃薄壁细胞数目在稃片发育过程中,始终存在极显著差异,细胞长度在稃片长度定形时并没有明显区别。稃片达终长度时,长粒品种内稃薄壁细胞数目比短粒品种多60.98%,而中、基部细胞长度仅增加1.81%和8.05%。因此,细胞数目是导致水稻长粒和短粒品种稃片长度差异的主要因素。

关键词：稃片内稃水稻粒型细胞学

水稻稃片白化突变体Ds标记基因的外显子改组分析

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江苏农业科学 2015年第12期43卷 22-25页

作者：程孝焦翠翠孙丙耀苏州大学医学部基础医学与生物科学学院江苏苏州215123

以含Ds元件的水稻稃片白化突变体为材料,采用TAIL-PCR技术分离Ds侧翼序列,并基于c DNA末端快速扩增技术(RACE)扩增Ds标记基因c DNA的3'端序列,分析突变体基因组上Ds插入引起的标记基因外显子改组现象。结果显示,水稻稃片白化突变体基因... 详细信息

以含Ds元件的水稻稃片白化突变体为材料,采用TAIL-PCR技术分离Ds侧翼序列,并基于c DNA末端快速扩增技术(RACE)扩增Ds标记基因c DNA的3'端序列,分析突变体基因组上Ds插入引起的标记基因外显子改组现象。结果显示,水稻稃片白化突变体基因组含2个Ds拷贝,分别插入于1号和3号染色体上的类CBS结构域蛋白基因和推定的氧化还原酶基因的编码区;c DNA和基因组DNA经比对分析显示,Ds插入后,2个基因均导致基因的外显子改组,类CBS结构域蛋白基因和推定的氧化还原酶基因分别出现部分内含子序列和Ds序列的外显子化现象;Ds标记基因的编码区虽都出现了截短,但RACE扩增证实其在Ds插入后仍可表达出成熟的mRNA,这意味着Ds等转座元件介导的外显子改组,可能在基因组进化和蛋白质组多样化中发挥重要作用。

关键词：水稻稃片白化突变体 Ac/Ds 外显子改组 3’-RACE

水稻稃片白化突变体Ds插入位点与标记基因的分子鉴定

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水稻稃片白化突变体Ds插入位点与标记基因的分子鉴定

作者：程孝苏州大学

学位级别：硕士

水稻功能基因组学是当前水稻分子生物学研究的热点。Ac/Ds转座元件被广泛应用于功能基因组学中突变体库的构建,在功能基因组学研究中具有重要作用。本研究以含Ds元件的水稻稃片白化突变体为材料,采用TAIL-PCR技术分离Ds侧翼序列,确定稃... 详细信息

水稻功能基因组学是当前水稻分子生物学研究的热点。Ac/Ds转座元件被广泛应用于功能基因组学中突变体库的构建,在功能基因组学研究中具有重要作用。本研究以含Ds元件的水稻稃片白化突变体为材料,采用TAIL-PCR技术分离Ds侧翼序列,确定稃片白化突变体基因组上Ds的染色体定位和基因位点,在此基础上,基于c DNA末端快速扩增技术(RACE)扩增Ds标记基因c DNA的3′端序列,进一步分析Ds的插入对标记基因结构和表达的影响。结果包含以下几个方面:1.稃片白化突变体初步的形态和生理学鉴定。稃片白化突变体水稻植株抽穗后,内外稃片和小梗颜色均为白色,而其他具有绿色组织的部位颜色表现正常,与野生型水稻一致。SPSS软件分析获得的株高、旗叶长、旗叶宽、穗长等性状的数据,结果表明,突变体水稻植株高度明显低于野生型水稻,突变体植株旗叶明显长于野生型水稻。***-PCR技术扩增稃片白化突变体基因组上Ds插入位置旁侧序列,生物信息学初步分析表明,稃片白化突变体在第1、2、3号染色体上均有Ds插入。Ds插入在1号染色体(gene:OSJNOa234E14.3,protein ID:BAD69439.1)上,该基因有6个外显子和5个内含子,Ds插入在第6外显子上,基因编码258个氨基酸,推测的编码产物为CBS结构域蛋白,具有一个保守的两串联重复CBS结构域。Ds插入在2号染色体(gene:OJ105807.11,protein ID:BAD19323.1)上,该基因有2个外显子和1个内含子,Ds插入在3′端非编码区上,基因编码237个氨基酸,推测的编码产物为未知蛋白。Ds插入在3号染色体(gene:OSJNBa0054H04.28,protein ID:AAR89005.1)上,该基因有4个外显子和3个内含子,Ds插入位置在第4外显子,Ds在该插入位点有切离并留下8 bp的“CATCATGA”足迹序列,该基因编码549个氨基酸,推测的编码产物为氧化还原酶,具有保守的DIOX结构域和2OG-Fe(II)氧化还原酶结构域。SWISS-MODEL蛋白同源软件预测,该蛋白与玉米无色花色素双加氧酶具有相似的蛋白空间结构。***技术验证Ds的插入对基因结构和表达的影响。结合生物信息学分析的结果表明,与野生型水稻相比,突变体水稻中编码类CBS结构域蛋白的基因和编码假拟氧化还原酶的基因都有新的表达产物出现,基因的结构都发生改变。Ds插入引起编码类CBS结构域蛋白的基因第3个外显子由81 bp增加至108 bp,最后的3个外显子消失,此外,原第3个内含子中27 bp的序列外显子化加入至原第3外显子,紧邻的长117 bp的序列转为3’-UTR序列。SWISS MODEL软件对蛋白质同源分析预测表明,基因结构改变后编码的蛋白质空间结构与一个假拟信号传导蛋白空间结构相似。编码假拟氧化还原酶的基因末位外显子由570 bp缩短为312 bp,缩短后的外显子中还包括部分的Ds序列,而Ds标记基因的3’-UTR序列均为Ds序列。蛋白质结构预测结果表明,新形成的蛋白质与原来蛋白质空间结构相比,减少了1个α螺旋和3个β折叠以及部分无规卷曲,同时也延伸了原有的一个α螺旋。本研究结果表明,筛选到的该稃片白化突变体是一个Ds多拷贝插入突变体,基因转录水平表达产物的差异,显示了Ds的插入引起了相关基因外显子改组以及内含子序列和部分Ds序列外显子化。Ds介导的外显子改组与外显子化现象有助于深化了解Ds的转座机制以及水稻稃片白化表型相关基因的功能研究。

关键词：水稻稃片白化突变体 Ac/Ds TAIL-PCR RACE

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水稻稃片失绿突变体及其Ds标签基因的鉴定

水稻稃片失绿突变体及其Ds标签基因的鉴定

作者：杨婉婷苏州大学

学位级别：硕士

随着水稻基因组全核苷酸序列测定工作的完成，功能基因组学研究已经成为水稻分子生物学研究的重要内容。开展水稻重要农艺性状相关基因的定位、克隆和功能分析等方面的研究，对于水稻和其它禾本科植物都具有十分重要的理论意义和应用价... 详细信息

随着水稻基因组全核苷酸序列测定工作的完成，功能基因组学研究已经成为水稻分子生物学研究的重要内容。开展水稻重要农艺性状相关基因的定位、克隆和功能分析等方面的研究，对于水稻和其它禾本科植物都具有十分重要的理论意义和应用价值。突变体库的构建是功能基因组学研究的一条重要的途径。近年来，利用插入突变构建突变体库的方法得到了广泛应用，Ac/Ds标签系统构建插入突变体库是最常用的方法之一。本研究从粳稻品种Dongjin（Oryza sativa L. var. Japonica cv. Dongjin）的Ac/Ds插入突变株系中发现了一例稃片失绿突变体，对突变体植株表型进行了初步的形态和生理学鉴定;同时，利用TAIL-PCR技术分离了突变体Ds插入部位的侧翼序列，并利用生物信息学分析对其进行染色体定位和相关基因的结构和功能预测。此外，基于多重PCR技术对突变体后代的Ds插入进行了基因型分析。本研究取得了以下主要结果：与野生型水稻相比，稃片失绿突变体表现为植株抽穗后内稃和外稃均呈白色，其它部位（如叶片、穗轴及小梗）均呈正常的绿色，成熟后稃片转黄。随机选取突变体和野生型水稻各100株，测量比较两者在株高、分蘖数、千粒重等指标上的差异，并通过SPSS软件进行数据分析。结果显示，稃片失绿突变体在株高、分蘖数上与野生型均有显著差异。同时，分析突变体与野生型抽穗期稃片中叶绿素的含量，结果显示，与野生型相比，突变体抽穗期稃片中叶绿素、类胡萝卜素含量均显著降低。采用TAIL-PCR技术，从稃片失绿突变体基因组DNA中扩增并分离出Ds插入部位的2条侧翼序列。经过序列测定和生物信息学分析，对Ds的插入位点进行了染色体定位。以Ds侧翼序列为待查询序列进行NCBI-BLAST在线分析，同源比对结果显示，两个序列分别与水稻第3号染色体上的克隆B1339A06(GenBank:AC148339.1;GI:42761480)及第12号染色体上的BAC克隆OSJNBa0030G16(GenBank: AL713943.3;GI:22003255)序列高度一致。以Ds插入位点为基点，分别从该克隆获取长10kb的长序列，用FGENESH和***两种软件分别对Ds插入位点的下游基因的结构进行预测，获得外显子的数目、大小、位置。分析结果表明，两个Ds插入位点均为非编码序列。在3号染色体上Ds插入位点的下游基因编码164个氨基酸，Ds插入在转录起始位点上游994bp处。在12号染色体上Ds插入位点的下游基因编码680个氨基酸，Ds插入在转录起始位点上游14213bp处。利用预测的氨基酸序列，进行NCBIEntrez server和Pfam在线比对，对下游基因进行功能预测，推测基因的编码产物。结果显示，推测3号染色体Ds插入位点的下游基因编码产物为遍在胁迫蛋白（USP）家族，12号染色体上Ds插入位点的下游基因编码产物为逆转座子gag蛋白（Retrotransposon gag protein）。根据3号染色体上Ds插入位点两端的核苷酸序列以及Ds内部序列设计引物，建立多重PCR反应分析了突变体后代植株的Ds插入基因型。结果显示，突变体及其后代植株的Ds插入均为杂合型。本研究结果表明，该稃片失绿突变体为含双拷贝Ds元件的插入突变体，其表型和Ds标签基因的染色体定位均不同于业已报道的性状相关突变体。本研究可望为进一步揭示稃片光合色素相关基因的表达和调控机理提供遗传材料。

关键词：水稻稃片失绿突变体 Ds插入 TAIL-PCR

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水稻稃片发育的细胞学研究

水稻稃片发育的细胞学研究

作者：张艳华中农业大学

学位级别：硕士

水稻作为单子叶模式植物,花器官发育机制的研究受到广泛重视,并且,在水稻颖果发育过程中,稃片决定了谷粒的大小和形状,因此,其发育和调控机制受到广大学者的关注。为全面解析水稻稃片发育的基本进程与模式、内稃和外稃形态结构差异以及... 详细信息

水稻作为单子叶模式植物,花器官发育机制的研究受到广泛重视,并且,在水稻颖果发育过程中,稃片决定了谷粒的大小和形状,因此,其发育和调控机制受到广大学者的关注。为全面解析水稻稃片发育的基本进程与模式、内稃和外稃形态结构差异以及为稃片发育相关基因的功能研究提供细胞学依据,本研究以粒长中间型籼稻品种珍汕97为材料,采用扫描电镜和石蜡制片的方法,系统观察了内稃和外稃的发生、发育过程,比较了两者的形态学和细胞学差异;以典型的长粒籼稻品种明恢63和短粒籼稻品种川7为材料,观察两者稃片纵向发育过程及细胞学差异;通过原位杂交实验检测粒长主效基因GS3在稃片部位的表达情况。主要研究结果如下:1.水稻外稃、内稃细胞结构层次和发育进程对水稻珍汕97稃片的石蜡切片观察得出,内稃和外稃均含有5-6层细胞,由外到内依次为外层厚壁细胞,中间3-4层排列致密的厚壁细胞和内层薄壁细胞。在稃片发育过程中,内层薄壁细胞结构一直比较清晰,细胞增大明显,液泡化显著。对该层细胞的详细观察并统计,发现该层细胞在花粉母细胞成熟期停止细胞分裂,在花粉母细胞减数分裂期细胞进入快速伸长生长期,小孢子晚期该层细胞长度达到最大值。据此提出,在花粉母细胞时期以前,水稻稃片的发育以细胞分裂为主,花粉母细胞减数分裂期,稃片细胞开始进入快速伸长生长阶段,至小孢子晚期稃片长度达到最大值。2.水稻稃片不同部位细胞的分裂分化进程石蜡切片对稃片横向和纵向观察结果显示,颖花原基时,稃片纵向各区段均匀分裂,随着发育的进行,稃片上部细胞最早停止分裂,基部细胞分裂结束最晚,而且稃片的中、基部细胞对其长度的贡献大于上部细胞。稃片不同区域内层薄壁细胞伸长和加宽的时间与程度也有不同,维管束周围薄壁细胞分化晚于其它区域细胞;同时扫描电镜观察发现,顶部外表面细胞特化早于基部细胞,并呈现一定的梯度性。由此提出,水稻稃片存在和叶片相似的由顶向基式发育模式。3.水稻外稃和内稃形态细胞学的异同对水稻珍汕97的扫描电镜观察,结果表明其内稃和外稃表面结构相同,外表面细胞特化进程相似;稃片外表面含有均匀生长的乳突、刺状稃毛和短杆状纤细毛,纤细毛着生于乳突细胞之间;内表面不含乳突和稃毛,只含有纤细毛,且集中分布在维管束周围,内表面还含有气孔。外稃和内稃的差异主要表现在维管束和内层薄壁细胞两方面。外稃含有5列维管束,而内稃只含有3列;整个发育过程中,内稃薄壁细胞数目比外稃薄壁细胞数目少,且略大于外稃薄壁细胞。4.水稻长粒品种和短粒品种内稃细胞数目的比较细胞学观察统计发现,长粒和短粒水稻稃片发育过程基本一致,但长粒和短粒水稻内稃薄壁细胞数目在稃片发育过程中,始终存在极显著差异;内稃的中部和基部细胞对其长度的贡献大于上部细胞。稃片达终长度时,长粒品种内稃薄壁细胞数目比短粒品种增加60.98%,而中、基部细胞长度仅增加1.81%和8.05%,因此,细胞数目是导致水稻长粒和短粒品种稃片长度差异的主要因素。5.水稻粒长主效基因GS3在稃片中的表达以颖原基时期为对照,采用原位杂交(In Situ Hyberidyzation)技术,分别检测水稻粒长主效基因GS3在稃片发育过程中的表达,结果表明,GS3基因在颖花原基时期,在颖花的所有部位都有较强的表达,随着颖花的发育,GS3基因在稃片和雌雄蕊中的表达有所减弱,其表达没有组织特异性。稃片定形后未检测到GS3基因的表达。

关键词：水稻稃片细胞学谷粒长度 GS3

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水稻不同品种颖壳横向发育的细胞学研究

吉林农业科学 2013年第2期38卷 6-10页

作者：李贺王艳李美善许明子刘宪虎延边大学农学院农学系吉林延吉133002

本研究采用传统石蜡切片技术,系统观察了水稻不同品种(大粒、常规、长粒和小粒)颖壳细胞的横向生长发育状况,比较分析了水稻颖壳横向细胞在形态学和细胞学上的品种间差异。结果表明:①水稻颖壳细胞结构无品种间差异,但维管束数目和细胞... 详细信息

本研究采用传统石蜡切片技术,系统观察了水稻不同品种(大粒、常规、长粒和小粒)颖壳细胞的横向生长发育状况,比较分析了水稻颖壳横向细胞在形态学和细胞学上的品种间差异。结果表明:①水稻颖壳细胞结构无品种间差异,但维管束数目和细胞结构层次存在品种间差异,且各品种内稃和外稃细胞结构存在差异,内稃含有条形边界组织,外稃没有;②不同品种水稻颖壳内层薄壁细胞分裂进程基本一致,内层薄壁细胞数目均在造孢细胞时期之前就达到了一定数量,随后持续分裂,至小孢子早期内稃和外稃内层薄壁细胞分裂基本完成,但同一发育时期颖壳内层薄壁细胞的数目在不同品种间存在极显著的差异;③不同品种水稻颖壳内层薄壁细胞横向加宽生长进程基本一致,细胞宽度均在减数分裂期之前增加缓慢,之后细胞宽度开始迅速增加,但细胞宽度在不同时期的生长发育速度因品种而异;④从4个品种颖壳内层薄壁细胞的数目和宽度两方面综合分析,细胞数目是影响稃片宽度的主要因素。

关键词：水稻颖壳稃片细胞学

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大粒与常规品种水稻颖壳发育的细胞学研究

延边大学农学学报 2013年第3期35卷 249-253页

作者：杜冰李贺李美善许明子刘宪虎延边大学农学院农学系吉林延吉133002

利用常规石蜡切片技术,研究了粳稻大粒与常规品种颖壳的生长发育,比较了2个品种颖壳纵切面在细胞学上的差异。结果表明,同一品种内,外稃薄壁细胞的纵向分裂结束时期基本一致,其中,中部细胞最早,上部次之,基部细胞最迟;而不同品种之间稃... 详细信息

利用常规石蜡切片技术,研究了粳稻大粒与常规品种颖壳的生长发育,比较了2个品种颖壳纵切面在细胞学上的差异。结果表明,同一品种内,外稃薄壁细胞的纵向分裂结束时期基本一致,其中,中部细胞最早,上部次之,基部细胞最迟;而不同品种之间稃片分裂结束的时期不同,大粒品种内、外稃细胞分裂时间均大于常规品种,导致2个品种内、外稃细胞数目差异显著;减数分裂期之前,细胞伸长生长较缓慢,减数分裂期之后,细胞进入迅速伸长生长阶段,其中,中部细胞对内、外颖的贡献最大,基部次之,上部最小。

关键词：水稻颖壳稃片细胞学