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《浙江大学》 2003年
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热带旱稻抗铝的遗传及分子机理研究

毛传澡  
【摘要】: 铝毒害是酸性土壤中限制植物生长的重要逆境因子。铝毒害抑制植物根伸长进而抑制植物对水分、养分的吸收最终抑制植物的生长、发育。本研究以热带抗铝早稻品种Azucena和铝敏感水稻品种IR1552为材料,采用cDNA-AFLP技术筛选铝诱导基因,结合抗铝QTL的定位结果,用反向Northern筛选主要QTL区间上的铝诱导基因,以筛选抗铝候选基因。论文主要研究结果如下: 用Azucena和IR1552发展的RIL群体进行的抗铝QTL的定位结果表明:在胁迫1星期、2星期的情况下定位的结果是基本一致的,分别在第1染色体RZ801~RG381、第9染色体RZ698~ACA-CTA1、第12染色体的ACA-CTT1~RM117等3个区间检测到1个QTL。3个QTL的总贡献率分别是39%和35%。染色体1上的QTL有利等位基因来自Azucena,在1星期、2星期的贡献率分别为15%和9%;染色体9上的QTL有利等位基因来自IR1552,1星期和2星期的贡献率分别为13%、15%;第3个QTL有利等位基因来自Azucena,贡献率分别为10%和11%。整合不同研究结果发现在第1染色体C86和C742的范围内有一个在4个不同的研究中都检测到的铝抗性QTL。这一QTL在不同的研究中的贡献率在9%~25%之间。 通过cDNA-AFLP筛选到34个铝诱导的TDFs,其中有两个TDFs和同一基因同源,可能为同一基因外,其它为不同的基因。33个单一基因中19个和已知基因同源,其中7个TDFs为细胞壁组分代谢相关的,3个TDFs参与细胞代谢,3个为蛋白代谢相关的,另外6个参与次生代谢、氧胁迫以及其它的细胞过程。这些铝诱导基因说明铝毒害影响不同的细胞代谢过程,使植物产生一系列的生理生化反应。而铝对细胞壁的影响尤其明显,铝诱导木质素、半纤维素、糖蛋白等细胞壁组分相关基因的表达。据此推测铝诱导细胞壁成分的改变,使细胞壁加厚,透性改变,从而限制铝进入细胞质膜,但同时也可能限制了细胞伸长。大部分铝诱导基因在铝抗性品种和铝敏感品种中都受铝诱导表达增强,而且表达模式类似。它们可能是铝毒害引起的应激反应,而非品种特异的铝抗性基因。根据整合的遗传图谱,两个TDFs(OsAR16和OsAR28)位于已定位的QTL区间附近,它们在铝抗性品种和敏感品种 热带旱稻抗铝的遗传及分子机理研究 中显示出不同的表达模式,可能是铝抗性的候选基因。 进一步利用已定位的EST信息,用反向Northem筛选定位在第1染色体 C86一C742区间的83个ESTs以及75个定位在其它两个QTL位置的EsTs。结果发 现有4个位于C86一C742区间的ESTs受铝诱导增强表达,它们分别是氨基酸转运 体(C50531)、非特异脂转移蛋白(E30131)、GDP分裂抑制子(E1391)以及泛素 样蛋白SUMO一1(E61853)。序列比较发现E61853和cDNA一AFLP筛到的OsAR16 为同一基因。Northem分析表明这些EST在抗性品种和敏感品种中显示出不同的表 达模式。它们也是为进一步分析这一铝抗性QTL的候选克隆。另外通过PcR克隆 了OsAR28全长CDS,该cDS长为5 1 3 bp,序列分析表明该基因和另一个未知功 能基因中的前510bP同源性较高(98%)。
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