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水稻粉质胚乳突变体flo7的生物学特性及基因定位研究

方鹏飞  
【摘要】:水稻是世界上最重要的粮食作物之一。淀粉和蛋白质作为水稻胚乳最主要的储藏物质,其含量和结构直接影响着稻米品质。所以挖掘胚乳相关突变体,深入研究影响胚乳发育的分子机理和遗传调控途径,了解胚乳灌浆过程基因调控过程,对于提高水稻产量,改善稻米品质有非常重要的意义。本研究从粳稻品种日本晴(Nipponbare)组织培养后代中获得一个稳定遗传的粉状胚乳突变体flo7(floury endosperm7)。利用突变体flo7和南京11杂交配置的F2分离群体对flo7基因进行遗传分析、精细定位,并对突变基因进行预测,同时还对突变体的理化性质和灌浆过程中游离糖动态变化进行分析。研究结果初步揭示了粉状性状形成机理,主要实验结果如下: (1)突变体胚乳表现为白色不透明,为粉质胚乳。flo7突变体粒长增加,粒宽、粒厚和千粒重均降低;同时株高和结实率有所增加。SDS-PAGE分析胚乳储藏蛋白成分表明突变体flo7中谷蛋白前体大量累积,而酸性亚基和碱性亚基基本不变。 (2)胚乳灌浆不同时期游离糖含量测定,表明大部分灌浆时期突变体中蔗糖、葡萄糖和果糖含量高于野生型。干物质积累量变化表明,在开花9d以后的胚乳中,野生型中干物质积累量显著高于突变体。成熟种子品质测定结果表明,fl07储藏蛋白含量基本不变,直链淀粉含量、胶稠度和硬度下降,糊化温度降低,碱消值增加。 (3)胚乳横截面扫描电镜图分析,flo7中胚乳中间部分淀粉粒形状不规则,排列疏松。而野生型淀粉粒排列紧密,形状规则。 (4)以突变体flo7和南京1I为亲本杂交获得的F1植株上结实的种子(相当于F2群体)为材料,遗传分析表明正常胚乳与突变胚乳分离比为3:1,符合单隐性核基因控制的遗传规律。以F2群体中表现为胚乳不透明性状的单株作为定位群体,利用SSR和InDel标记,将flo7定位在12号染色体长臂末端95.1kb的区间内,包含13个ORFs。RT-PCR表明开放阅读框Os12g0631100(ORF4)在突变体胚乳中不表达。该开放阅读框与储藏蛋白转运有关,可能与OsRab5a是等位基因。 (5) qRT-PCR分析谷蛋白合成相关基因OsVPS9A/glup6, esp2和OsVPE/glup3在突变体flo7中的表达量,结果显示这三个基因在突变体中表达量均高于野生型,说明FL07可能对这三个基因有反馈抑制作用:同时醇溶蛋白相关基因10KD prolamin、13kD prolamin、17kD prolamin和球蛋白相关基因11S globulin也有不同程度的差异;多个淀粉合成相关基因表现出不同程度的上调和下调。


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