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同源四倍体水稻的诱导及其胚乳蛋白差异表达结果的初步研究

谢慧波  
【摘要】: 利用染色体组多倍化技术创造水稻新种质并对其特征特性进行研究是稻属植物遗传改良的发展方向之一。通过人工诱导方法获得同源四倍体水稻材料将有助于在多倍体水平上进一步研究水稻的产量潜力和丰富稻属植物的种质资源。本项研究通过人工诱导方法成功地获得了同源四倍体水稻材料圭630(4)。在此基础上,对不同倍性的水稻材料[二倍体圭630(2)和同源四倍体圭630(4)]的主要生物学性状以及在同源四倍体水稻诱导过程中所出现的大粒种子、小粒种子、回复突变植株在蛋白质水平上的特异性表达特征进行了分析。同时,对经过染色体组多倍化之后重复基因组在蛋白质水平上的表达特点进行了初步研究。本试验所获得的研究结果主要包括以下三个方面。 1.为了研究染色体组多倍化所带来的形态学效应,对圭630(2)和圭630(4)的主要生物学性状进行了统计分析。研究结果表明,圭630(4)的植株高度降低,茎秆变得粗壮,谷粒长度和谷粒宽度显著增加,干粒重增加。这些性状的出现对提高水稻生物学产量和经济产量有一定的积极意义,这为水稻遗传改良提供了值得进一步探索的新的研究方向。同时,圭630(4)还表现出一些不利的特性[如穗长度减少,二次枝梗较少(稻穗着粒密度降低),结实率下降等],这为多倍体水稻的研究提出了新的问题。 2.对同源四倍体水稻诱导过程中大粒种子、小粒种子、突变植株在蛋白质水平上的特异性表达结果进行了分析。蛋白质含量的测定结果表明,与二倍体水稻圭630(2)的总蛋白含量相比,同源四倍体水稻圭630(4)的3个单株以及大粒种子的总蛋白含量均有极显著的增加。在胚乳蛋白质各组成成分的含量方面,除了圭630(4)B株的醇溶蛋白含量、C株的清蛋白含量和球蛋白含量无明显变化之外,各材料的各种蛋白质组成成分的含量均有显著或极显著的增加。SDS-PAGE分析的结果表明,大粒种子、小粒种子、回复突变植株以及圭630(4)A、B、C的亚基类型与圭630(2)的亚基类型均没有表现出明显的差异。然而,仅仅在全蛋白电泳中发现小粒种子的亚基类型中少了一条89kDa亚基带,并且小粒种子的54kDa亚基的表达量比较少;圭630(4)C株与圭630(2)的亚基差异比较明显,在前者的亚基组成中缺少89kDa亚基和54kDa亚基。 3.为了研究不同倍性水稻胚乳蛋白的差异表达,以4份同源四倍体水稻和4份相应的二倍体水稻为研究材料,对其种子内清、球蛋白(清蛋白和球蛋白)、醇溶蛋白和谷蛋白的含量进行了测定,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术分析了其特异性。结果表明:同源四倍体水稻胚乳蛋白各组分含量与相应的二倍体相比,大部分呈增加趋势;同源四倍体水稻胚乳蛋白的亚基类型与相应的二倍体水稻基本一致,仅在全蛋白电泳和清、球蛋白电泳中各发现1条差异条带。研究结果认为:二倍体水稻经过染色体组加倍之后,同源四倍体水稻重复基因组在蛋白质水平上的表达结果趋于“二倍化”,即与二倍体水稻表现出相似的特点,但在蛋白质表达量上前者往往高于后者。基因组多倍化对同源四倍体水稻重复基因组进化最主要的影响并不是体现在蛋白质结构上的差异,而是体现在蛋白质表达量上的差异。


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