水稻生育酚全基因组关联分析及花青素代谢途径遗传改良

【摘要】水稻是我国主要的粮食作物之一。维生素E(VE)是植物体内的一种抗氧化剂,对植物体具有保护作用；花青素是植物体类黄酮物质中的一类,某些水稻品种可合成(如黑米品种)。维生素E和花青素对人体具有医学保健功能。目前育种家很少以维生素E含量作为育种目标,以黑米即种子花青素含量为育种目标的研究也较少。水稻种子即通常所称的糙米在植物学上称为果实,成熟的水稻种子中,维生素E和花青素均主要存在于果皮、种皮及糊粉层中,在胚乳中没有或者极少量的积累。当糙米加工成精米后,果皮、种皮及糊粉层均以米糠的形式成为副产品,人类食用的主要为水稻的胚乳部分,因此,目前黑米的烹饪均以糙米为原料,严重影响黑米的口感。基于以上认识,我们提出“黑色胚乳之梦”的研究目标。希望在水稻胚乳中积累维生素E、维生素A及原花青素或花青素,增加水稻的营养价值,通过生物强化,为人类尤其是贫苦地区的营养健康做出贡献。基于“黑色胚乳之梦”,本研究获得的主要研究结果如下：1)利用本实验室收集的533份水稻微核心种质资源,通过收集和测量在武汉和鄂州两点3种生育酚(α,δ,Y)的含量,进行全基因组关联分析。分析结果表明γ-TMT基因及OsMPBQ-MT2基因在群体中存在多态性并影响γ-生育酚的含量。2)创建水稻黑米品种黑帅的化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变突变体库,从中鉴定出67株与花青素积累相关的突变体。这些突变体可分为3类：第1类叶片为绿色且种子为白色；第2类为叶片为绿色且种子为紫色；第3类为叶片为紫色且种子为白色。3)完成黑帅基因组测序二代测序工作,测序覆盖度为基因组的约25X。同时完成黑帅发芽后14d的幼苗和根的转录组测序并进行了重新组装。重新组装结果和数据库结果进行比较,发现7个结构基因中,除OsDFR在参考基因组中为截短的序列外,其余的测序结果和数据库中结果相同；分析的3个转录因子中,OsB2共有两个转录本,OsCl存在5个转录本,OsRa存在10个转录本。在突变体库中各选取一个第2类(AM19)和第3类突变体(AM90),并以黑帅为对照,取发芽后14d的幼苗和根进行转录组测序。通过SNP分析,初步判定AM19中OsC1发生错义突变,AM90中OsB2可能发生突变。4)构建黑帅(HS)和水稻粳稻品种中花11(ZH11)杂交F2群体,包含328个家系。分别统计F2代中茎秆、叶鞘、叶枕、叶耳、叶舌、叶片、颖壳和种皮等组织部位的表型。统计发现,紫色性状由多基因控制。5)综合已有的文献信息及自己的实际工作结果,以黑帅为模板扩增花青素代谢途径中重要的7个结构基因(OsCHS,OsCHI,OsF3H,OsF3’H,OsDFR,OsANS和OsUGFT),进行转基因育种。同时以白米品种Chao2-10为受体,转化OsC1。OsC1的超表达单株中,茎秆和叶片有花青素积累。6)根据红米品种RH和白米品种TN1F3代种皮颜色红：白符合3：1分离,采用集群分离分析(BSA)方法,利用水稻RICE6K芯片对红米及白米混合池进行分析。芯片结果显示,RH和TN1米颜色的差异是由Rc基因引起。选择本室微核心种质资源中31个红米品种,对重测序数据进行分析发现,其中22个品种在该位置具有相同的多态性,另外9个品种多态性未知或者杂合。结合所有品种信息,发现该位点在自然界中一共存在3种多态性,分别占87.786%,0.327%和11.887%。
【作者】周姚；
【导师】陈浩；
【作者基本信息】华中农业大学，遗传学，2014，硕士
【关键词】类黄酮；抗氧化剂；维生素E；EMS诱变；

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