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植物生理学报 2018年第7期54卷 1186-1194页

作者：曾晓芳黄仁权陈锡李岩李建容赵德刚贵州大学农业生物工程研究院/生命科学学院山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室贵州省农业生物工程重点实验室贵阳550025 贵州省农业科学院国家DUS中心贵州分中心贵阳550006

本研究从贵州地方粳稻(Oryza sativa ***)品种‘黎平杂边禾’甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中筛选获得一份能稳定遗传的矮秆小粒突变体,暂命名为dss1(dwarf and small seed 1)。与野生型相比,dss1表现为植株矮化、株型直立、叶色深绿、籽... 详细信息

本研究从贵州地方粳稻(Oryza sativa ***)品种‘黎平杂边禾’甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中筛选获得一份能稳定遗传的矮秆小粒突变体,暂命名为dss1(dwarf and small seed 1)。与野生型相比,dss1表现为植株矮化、株型直立、叶色深绿、籽粒变小、第二节间严重缩短、穗长增加等典型油菜素内酯(BR)缺陷突变体的性状。显微观察结果表明dss1叶鞘表皮细胞的长度变短,可能是突变体第二叶鞘长度比野生型短的原因。对突变体的暗形态建成与BR敏感性研究表明,黑暗条件下突变体表现为去黄化表型,对外源BR敏感。遗传特性分析证明dss1突变体由一个隐性单基因位点控制。利用Mut Map技术将dss1基因定位于3号染色体上,筛选获得一个候选基因,测序结果表明,dss1候选基因为BR合成途径关键酶基因Os DWARF,dss1是由于该基因第5个外显子上第335位的氨基酸由苏氨酸(ACT)突变为异亮氨酸(ATT)所引起的。定位得到的矮化小粒基因DSS1为一个新的Os DWARF等位基因。

关键词：水稻矮化小粒突变体dss1 基因定位 osdwarf基因油菜素内酯

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黎平杂边禾矮杆小粒突变体dss1基因定位与克隆研究

黎平杂边禾矮杆小粒突变体dss1基因定位与克隆研究

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作者：黄仁权贵州大学

学位级别：硕士

水稻是世界上主要的粮食作物之一,世界上有超过50%的人口以大米为主食。株高是水稻重要的农艺性状,与水稻产量和品质密切相关。鉴定、研究和利用更多的株高及粒型性状突变体资源,分离出更多的相关功能基因,对于深入阐明水稻生长发育机... 详细信息

水稻是世界上主要的粮食作物之一,世界上有超过50%的人口以大米为主食。株高是水稻重要的农艺性状,与水稻产量和品质密切相关。鉴定、研究和利用更多的株高及粒型性状突变体资源,分离出更多的相关功能基因,对于深入阐明水稻生长发育机制和生产实践具有重要意义。本课题组前期研究中以甲基磺酸乙酯(Ethylmethane Sulfonate,EMS)处理贵州地方品种黎平杂边禾,获得一份稳定遗传的矮秆小粒突变体dss1,本研究在前期对dss1突变体初定位的基础上,构建基因精细定位群体,利用MutMap技术对其进行精细定位确定候选基因,并通过构建基因超量表达载体遗传转化dss1突变体,以确定dss1突变体突变基因及其功能,主要取得了如下研究结果:1 dss1基因精细定位及候选基因筛选dss1突变体与野生型相比,主要表现为株型直立、植株矮化、叶色深绿、籽粒变小、第二节间严重缩短、穗长增加等典型油菜素内酯缺陷型突变体的性状。利用MutMap技术将dss1基因进行定位于3号染色体上,并且得到14个差异显著的SNP多态性标记位点;测序结果表明,dss1候选基因为BR合成途径关键酶基因osdwarf,dss1是由于osdwarf基因在第5个外显子上的第1004位编码碱基由C突变为T,从而导致第335位的氨基酸由苏氨酸(ACT)突变为异亮氨酸(ATT)所引起的。定位得到的矮化小粒DSS1基因为osdwarf一个新的等位基因。2 dss1候选基因验证为了进一步确定dss1突变体的突变性状是否由osdwarf基因的突变引起,本研究构建了将pCambia1301质粒为基本载体,10kda醇溶蛋白终止序列为终止子,以人工合成35S启动子驱动osdwarf基因的植物超量表达载体。利用农杆菌介导水稻茎尖的方法将osdwarf基因超量表达载体遗传转化dss1突变体。分蘖期对叶绿素含量进行测定,转基因植株叶绿素含量恢复野生型;抽穗期对其光合特性进行分析,转基因植株净光合速率、胞间CO浓度、气孔导度和蒸腾速率与野生型无显著差异;自然成熟后对其农艺性状进行分析,转基因植株株高、籽粒大小和穗长等与野生型植株差异不显著;分别取转基因、野生型和dss1突变体成熟种子,通过暗形态建成研究发现,在正常光照培养条件下,转基因植株、dss1突变体以及野生型苗节间和中胚轴均不伸长,而在黑暗条件下培养10d后,转基因植株和野生型中胚轴明显伸长,而dss1突变体节间以及中胚轴无变化。说明转基因植株说明转基因植株叶绿素含量、农艺性状和暗形态建成恢复野生型。因此,确定dss1突变体的突变性状是由于osdwarf基因突变所引起。综上所述,dss1突变体是由于3号染色体上的osdwarf基因第5个外显子内第1004位编码碱基由C突变为T,导致编码氨基酸的变化,从而引植株矮化。3叶绿素合成前体物质研究另外,通过研究发现dss1突变体从分蘖期开始表现出叶色加深,并且整个生长期都保持这一特性。其叶绿素a和叶绿素b含量分别为野生型1.4倍和1.3倍,光合色素含量比野生型增加了25.6%。通过对叶绿素合成途径中各前体物质进行测定发现,dss1突变体中原卟啉(ProtoⅨ)含量为野生型的47.5%,而镁原卟啉(Mg-Proto)含量为野生型的1.71倍;同时对叶绿素合成途径中的关键基因的相对表达量分析,dss1突变体中编码叶绿素生物合成途径中关键酶(镁离子鳌合酶)的CHLH基因表达量较高,为野生型的4.1倍,其他关键基因的表达量和野生型无显著差异。说明dss1突变体叶色加深主要是在叶绿素合成途径中由ProtoⅨ合成Mg-Proto这一步骤出现差异,且编码镁离子鳌合酶的CHLH基因高表达引起的。

关键词： dss1突变体株高 MutMap 基因定位 osdwarf基因

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