水稻矮脆突变体dwf1的特性与基因定位

【摘要】水稻茎秆机械强度是重要的农艺性状之一,反应了细胞壁的物理特性。细胞壁是地球上生物质的主要形式,是人类生活所需要的纤维材料和生物能源原料。纤维素是细胞壁的主要成分之一,是地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源。因此,研究水稻细胞壁结构和合成调控机理具有重要的理论意义和应用价值。首先,水稻是世界上重要的粮食作物之一,又是研究单子叶植物和禾本科植物的模式作物,对其脆性突变体的研究,有利于揭示单子叶植物和禾本科植物细胞壁生物合成和调控的分子机理。其次,脆性突变体及其相关基因的研究对于提高水稻产量、增强水稻抗倒伏性、抗病虫和抗逆生长等方面具有重要意义。本研究对EMS诱变处理籼型恢复系缙恢10号得到的矮脆突变体dwf1(dwarfandfragile1)进行分离鉴定、表型分析、遗传分析、基因定位和候选基因预测等方面的研究。主要研究结果如下：1.突变体dwfl的表型分析及农艺性状调查与野生型相比,dwfl主要表现为根、茎、叶、叶鞘、籽粒等器官明显变脆,同时植株变矮、叶片下披,穗长、节间长、结实率以及千粒重也有不同程度降低。2.突变体dwfl的机械强度分析叶片拉力测定表明,突变体dwfl抗拉力和延展性较野生型显著下降,并且断面显得极为平整。3.突变体dwfl细胞壁组分含量分析通过分析野生型和突变体dwfl细胞壁组分含量发现,突变体较野生型纤维素和木质素含量显著降低、半纤维素含量显著增加,硅酸盐含量无显著差异。4.突变体dwfl的组织学分析分析成熟期野生型和突变体倒二节和倒二叶石蜡切片发现：野生型的茎秆表面(小维管束所在的地方)较突变体平滑,突变体的茎秆表面锯齿状的突起更为尖锐；野生型薄壁细胞规则,大小和排列较均匀,主叶脉中间两个气腔较大、两侧两个气腔较小,而突变体薄壁细胞较野生型小,并且同一层面上的细胞大小不一致、排列紊乱,四个气腔大小一致；茎秆纵切面上,从外到内野生型细胞规则且逐层变大,而突变体细胞大小随机排列,与层数无关,且细胞形状也不规则,细胞长度稍有变短。5.突变体dwfl的遗传分析利用表型正常的西农1A作为母本与突变体dwfl配制杂交组合,所有F1植株表型正常,而在F2群体中出现明显的表型分离,其中正常单株2347株,突变单株756株,经X2测验,正常单株和突变株符合3：1分离比(X2=1.67<X20.05,1=3.84),表明dwfl受一对隐性核基因控制。6.突变体dwf1的分子定位采用BSA法,利用Gramene己公布的SSR标记和自主合成的Indel标记初步将DWFl基因定位于Indl和RM201之间,遗传距离分别为3.35cM和4.34cM。在Indl和RM201之间进一步发展具有多态性标记的引物,最终将DWFl基因定位在Ind6和Ind4之间,重组子个数分别为4和12,遗传距离分别为0.30cM和0.91cM。7.DWF1基因的预测将该区间内纤维素合成酶—CESA9、纤维素合成酶家族C—CSLC2、木聚糖酶抑制剂等几个与脆性有关的基因作为候选基因进行测序。结果表明,与野生型缙恢10号相比,突变体dwfl纤维素合成酶一CESA9(LOC_Os09g25490)第2208个碱基发生突变,该突变位于第7外显子上,导致该基因上第554个密码子由TGC突变为CGC,氨基酸由半胱氨酸(Cys)变为精氨酸(Arg)。因此,初步将LOC—Os09g25490确定为DWFl基因。该突变发生在基因的高度保守区域内,对深入研究水稻变矮变脆机制具有重要意义。
【作者】吴国超；
【导师】何光华；
【作者基本信息】西南大学，作物遗传育种，2014，硕士
【关键词】水稻(OryzasativaL.)；dwf1突变体；矮秆；脆秆；基因定位；

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