一个水稻籽粒粉质突变体的表型分析和基因定位
：淀粉是水稻（Oryza sativa L.）种子主要的贮藏物质，其含量、特性和积累水平直接影响稻米的各项品质指标及产量。因此，深入研究水稻淀粉合成相关基因在育种中具有重要的意义。本研究以通过MNU诱变获得的N22籽粒粉质突变体N112为研究材料，对其表型进行观察分析，并进一步通过图位克隆的方法对目标基因进行精细定位。结果表明，突变体的胚乳外观不透明,横切面呈粉质,突变基因初定位在第8染色体标记I8-5和N8-25之间，精细定位的物理距离约为1.8Mb。本研究为后期基因预测及测序，以及全面阐述基因的功能奠定了基础。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法4
1.1材料的获得 4
1.2方法 4
1.2.1成熟种子断面的扫描电镜观察 4
1.2.2种子千粒重测定 4
1.2.3直链淀粉含量的测定 4
1.2.4突变体的SSR标记定位 4
2结果与分析 7
2.1突变体种子表现为粉质、不透明7
2.2突变体种子的千粒重、直链淀粉含量下降8
2.3 N112粉质突变体的初定位8
2.4 N112粉质突变体的精细定位9
3讨论 9
3.1 N112粉质突变体含有一个未报到的新基因9
3.2 N112粉质突变体的研究意义 10
3.3水稻籽粒粉质突变体研究的应用前景10
致谢10
参考文献 10
一个水稻籽粒粉质突变体的表型分析和基因定位
引言
引言
水稻不仅是世界上有着近5000年种植历史的主要粮食作物之一，而且还是重要的单子叶模式植物，一直以来都是育种工作者的重点研究对象。近几年，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，对稻米的品质提出了越来越高的要求。又由于淀粉是稻米籽粒最重要的组成成分，稻米品质性状的形成实质上可看作是籽粒中淀粉生物合成和积累的过程。而这一过程发生在稻米造粉体中，并在一系列酶的催化作用下形成。因此加强优质稻米淀粉合成
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
途径及相关酶基因的研究受到了育种者的高度重视，对选育优质水稻品种至关重要。
按照不同的分类标准，可将淀粉分为不同的类型。但是最常见的是从化学成分上将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉溶于热水,占总淀粉2030%,是由αD葡萄糖通过α1,4糖苷键连接而成的具有一定螺旋的线形结构，遇碘形成蓝色复合物；支链淀粉是高度分支的多聚物,以葡萄糖为单位,由αl,4糖苷键和位于分支点上的α1,6糖苷键共同连接形成的，遇碘显紫红色或紫色[1]，目前人们普遍接受其结构为“簇状模式”，分支有三种类型，分别称为A 链、B 链和 C 链。A 链是最外层的侧链，其还原末端通过α1,6糖苷键与内层的B链相连，A链本身不再分支；而B链和C链以α1,6糖苷键相连；C链是唯一的一条含有还原末端的分支，是支链淀粉分子的主链，每个支链淀粉分子只有一条C链[2]。
目前对于淀粉生物合成的研究已经表明，ADPG葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase，ADP glucose pyrophosphorylase）、淀粉合成酶（SS，starch synthase）、淀粉分支酶（SBE，starch branching enzyme）和淀粉去分支酶（DBE，debranching enzyme）是淀粉合成过程中的4类关键酶。其中，AGPase负责提供碳链的前体物质ADPG，GBSS参与直链淀粉合成，SSS，SBE，DBE则参与支链淀粉的形成。
目前，水稻中已经发现一系列淀粉突变体，包括糯性(waxy, wx)、糖质(sugary, su)、粉质 (floury, flo)、皱缩(shrunken, sh)、暗色(dull, du)、心白(whitecore, wc)等类型，它们都可以作为研究水稻籽粒淀粉生物合成的理想材料。其中，Wx基因在1988年已被克隆出来[3],位于第6染色体，由13个内含子和14个外显子组成[4]，编码GBSSI蛋白。抑制Wx基因的表达,会降低GBSSI酶的活性,可使直链淀粉含量显著下降，表现为糯性。Satoh et al.于1981年通过N甲基N亚硝基脲(MNU)处理受精卵得到了一系列淀粉粉质突变体，命名为floury1floury5[56]。其中flo4，flo5，flo2都已被克隆，flo1、flo3都已被精细定位。FLO4位于第5染色体，在flo4突变体中，胚乳内部呈现粉质的状态，但外圈是正常的，淀粉粒排列松散，直链淀粉含量下降3%左右，然而总淀粉含量基本没有变化。在flo5突变体中，种子中间部分表现为粉质性状，外层无变化，中间粉质部分的扫描电镜观察显示，淀粉颗粒更小更圆，同时淀粉粒松散排布。FLO5位于第8染色体，编码OsSSIIIa，在开花后515天表达量最大[7]。FLO2位于第4染色体，含有23个外显子和22个内含子，编码一个含有功能未知的保守序列。flo2 突变体的整个种子在长度和宽度上都比较小，且都表现为粉质，电镜观察显示胚乳中淀粉粒比野生型小，排列松散[8]。FLO1位于第5染色体，FLO3位于第4染色体，且都是胚乳呈现粉质，淀粉粒排列松散。本实验室利用MNU诱变获得一系列粉质突变体，并已成功克隆一个新基因，命名为FLO6。FLO6位于第3染色体长臂，编码一个植物特异的CBM48蛋白，其参与水稻胚乳中复合淀粉颗粒的形成[9]。在整个种子发育过程中，flo6突变体的灌浆速率明显低于野生型。在灌浆结束后，和野生型透明的种子相比，flo6突变体呈现小而且粉质不透明的种子。利用扫描电镜观察突变体籽粒断面，还发现突变体中淀粉颗粒排列松散。目前，对于暗色基因dull1和dull3的研究较为详细。研究表明，dull1和dull3突变体的直链淀粉含量比糯米高，但是都明显低于野生型，且dull3的高于dull1的；这两个突变体中Wxb基因的premRNA的剪切效率都会降低，且都通过图位克隆的方法将dull1基因定位于第10染色体，将dull3定位于第2染色体的长臂上[1011]。另外，ae（amyloseextender）突变体中直链淀粉含量显著增加，SSSI活性显著下降。Ae基因具有剂量效应，因为胚乳为三倍体，基因型为aeaeae的种子明显变小，种子干重只有野生型的65%，AeAeae和Aeaeae基因型的种子则略小于野生型，干重分别为野生型的99%和97%[12]。
水稻种子贮藏淀粉的合成是一系列酶促反应和复杂的调控过程，通过科学家们的研究，已经对淀粉合成调控途径有了一定程度的了解，但是完全阐明还有很长的路，目前人类还不能利用体外系统合成淀粉，说明新的参与淀粉合成的关键因子仍然需要进一步鉴定。相关研究表明，淀粉突变体一般是由单基因变化产生，因此是研究科学问题很好的材料。对突变基因进行克隆和分析，有助于了解基因的功能，从而为深入了解淀粉合成调控途径提供参考信息,这方面的研究对于提高水稻产量、品质都具有重要的意义和广阔的应用前景。
本研究以通过MNU诱变获得N22籽粒粉质突变体为研究材料，再通过与粳稻Nipponbare杂交配组得到F1，F1再自交获得F2群体并通过表型鉴定挑选出粉质种子发苗，进一步通过图位克隆的方法进行基因初定位和精细定位。
1 材料与方法
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法4
1.1材料的获得 4
1.2方法 4
1.2.1成熟种子断面的扫描电镜观察 4
1.2.2种子千粒重测定 4
1.2.3直链淀粉含量的测定 4
1.2.4突变体的SSR标记定位 4
2结果与分析 7
2.1突变体种子表现为粉质、不透明7
2.2突变体种子的千粒重、直链淀粉含量下降8
2.3 N112粉质突变体的初定位8
2.4 N112粉质突变体的精细定位9
3讨论 9
3.1 N112粉质突变体含有一个未报到的新基因9
3.2 N112粉质突变体的研究意义 10
3.3水稻籽粒粉质突变体研究的应用前景10
致谢10
参考文献 10
一个水稻籽粒粉质突变体的表型分析和基因定位
引言
引言
水稻不仅是世界上有着近5000年种植历史的主要粮食作物之一，而且还是重要的单子叶模式植物，一直以来都是育种工作者的重点研究对象。近几年，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，对稻米的品质提出了越来越高的要求。又由于淀粉是稻米籽粒最重要的组成成分，稻米品质性状的形成实质上可看作是籽粒中淀粉生物合成和积累的过程。而这一过程发生在稻米造粉体中，并在一系列酶的催化作用下形成。因此加强优质稻米淀粉合成
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
途径及相关酶基因的研究受到了育种者的高度重视，对选育优质水稻品种至关重要。
按照不同的分类标准，可将淀粉分为不同的类型。但是最常见的是从化学成分上将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉溶于热水,占总淀粉2030%,是由αD葡萄糖通过α1,4糖苷键连接而成的具有一定螺旋的线形结构，遇碘形成蓝色复合物；支链淀粉是高度分支的多聚物,以葡萄糖为单位,由αl,4糖苷键和位于分支点上的α1,6糖苷键共同连接形成的，遇碘显紫红色或紫色[1]，目前人们普遍接受其结构为“簇状模式”，分支有三种类型，分别称为A 链、B 链和 C 链。A 链是最外层的侧链，其还原末端通过α1,6糖苷键与内层的B链相连，A链本身不再分支；而B链和C链以α1,6糖苷键相连；C链是唯一的一条含有还原末端的分支，是支链淀粉分子的主链，每个支链淀粉分子只有一条C链[2]。
目前对于淀粉生物合成的研究已经表明，ADPG葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase，ADP glucose pyrophosphorylase）、淀粉合成酶（SS，starch synthase）、淀粉分支酶（SBE，starch branching enzyme）和淀粉去分支酶（DBE，debranching enzyme）是淀粉合成过程中的4类关键酶。其中，AGPase负责提供碳链的前体物质ADPG，GBSS参与直链淀粉合成，SSS，SBE，DBE则参与支链淀粉的形成。
目前，水稻中已经发现一系列淀粉突变体，包括糯性(waxy, wx)、糖质(sugary, su)、粉质 (floury, flo)、皱缩(shrunken, sh)、暗色(dull, du)、心白(whitecore, wc)等类型，它们都可以作为研究水稻籽粒淀粉生物合成的理想材料。其中，Wx基因在1988年已被克隆出来[3],位于第6染色体，由13个内含子和14个外显子组成[4]，编码GBSSI蛋白。抑制Wx基因的表达,会降低GBSSI酶的活性,可使直链淀粉含量显著下降，表现为糯性。Satoh et al.于1981年通过N甲基N亚硝基脲(MNU)处理受精卵得到了一系列淀粉粉质突变体，命名为floury1floury5[56]。其中flo4，flo5，flo2都已被克隆，flo1、flo3都已被精细定位。FLO4位于第5染色体，在flo4突变体中，胚乳内部呈现粉质的状态，但外圈是正常的，淀粉粒排列松散，直链淀粉含量下降3%左右，然而总淀粉含量基本没有变化。在flo5突变体中，种子中间部分表现为粉质性状，外层无变化，中间粉质部分的扫描电镜观察显示，淀粉颗粒更小更圆，同时淀粉粒松散排布。FLO5位于第8染色体，编码OsSSIIIa，在开花后515天表达量最大[7]。FLO2位于第4染色体，含有23个外显子和22个内含子，编码一个含有功能未知的保守序列。flo2 突变体的整个种子在长度和宽度上都比较小，且都表现为粉质，电镜观察显示胚乳中淀粉粒比野生型小，排列松散[8]。FLO1位于第5染色体，FLO3位于第4染色体，且都是胚乳呈现粉质，淀粉粒排列松散。本实验室利用MNU诱变获得一系列粉质突变体，并已成功克隆一个新基因，命名为FLO6。FLO6位于第3染色体长臂，编码一个植物特异的CBM48蛋白，其参与水稻胚乳中复合淀粉颗粒的形成[9]。在整个种子发育过程中，flo6突变体的灌浆速率明显低于野生型。在灌浆结束后，和野生型透明的种子相比，flo6突变体呈现小而且粉质不透明的种子。利用扫描电镜观察突变体籽粒断面，还发现突变体中淀粉颗粒排列松散。目前，对于暗色基因dull1和dull3的研究较为详细。研究表明，dull1和dull3突变体的直链淀粉含量比糯米高，但是都明显低于野生型，且dull3的高于dull1的；这两个突变体中Wxb基因的premRNA的剪切效率都会降低，且都通过图位克隆的方法将dull1基因定位于第10染色体，将dull3定位于第2染色体的长臂上[1011]。另外，ae（amyloseextender）突变体中直链淀粉含量显著增加，SSSI活性显著下降。Ae基因具有剂量效应，因为胚乳为三倍体，基因型为aeaeae的种子明显变小，种子干重只有野生型的65%，AeAeae和Aeaeae基因型的种子则略小于野生型，干重分别为野生型的99%和97%[12]。
水稻种子贮藏淀粉的合成是一系列酶促反应和复杂的调控过程，通过科学家们的研究，已经对淀粉合成调控途径有了一定程度的了解，但是完全阐明还有很长的路，目前人类还不能利用体外系统合成淀粉，说明新的参与淀粉合成的关键因子仍然需要进一步鉴定。相关研究表明，淀粉突变体一般是由单基因变化产生，因此是研究科学问题很好的材料。对突变基因进行克隆和分析，有助于了解基因的功能，从而为深入了解淀粉合成调控途径提供参考信息,这方面的研究对于提高水稻产量、品质都具有重要的意义和广阔的应用前景。
本研究以通过MNU诱变获得N22籽粒粉质突变体为研究材料，再通过与粳稻Nipponbare杂交配组得到F1，F1再自交获得F2群体并通过表型鉴定挑选出粉质种子发苗，进一步通过图位克隆的方法进行基因初定位和精细定位。
1 材料与方法
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/nongxue/zwbh/623.html
