水稻抗旱基因的分子进化研究

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1、华中农业大学硕士学位论文水稻抗旱基因的分子进化研究姓名：赵洪阳申请学位级别：硕士专业：作物遗传育种指导教师：罗利军201205水稻抗旱基因的分子进化研究摘要水稻是非常重要的粮食作物，世界上一半以上的人口以水稻作为主要粮食，在发展中国家这种现象尤为明显。干旱是造成水稻减产的主要因素之一，每年全球水稻生产受干旱影响减产严重。水稻抗旱性是一个复杂的性状，涉及到大量的基因和多种代谢过程。随着生物技术的进步，水稻中已有一些与抗旱相关的基因被克隆，并进行了较为详细的功能研究，但是这些基因的分子进化模式及机制尚未明确。本研究针对我国最近报道的SN

2、ACl基因和DST基因，分别研究了276份水稻材料和139份水稻材料的启动子区、编码区和3’侧翼区序列的变异多样性，同时结合抗旱性表型鉴定来解释水稻中抗旱相关基因的分子进化机制。主要研究结果如下：1、2011年春季和2011年夏季分别在海南陵水和上海白鹤对113份水稻地方品种进行田间抗旱鉴定，考察了株高、分蘖数、生育期提前或延迟、卷叶等级、枯死叶等级、叶片相对含水量、渗透势、叶面积变化、气孔密度、大维管束密度、离体叶片失水速率等11个性状。通过因子分析发现枯死叶等级和卷叶等级两个性状在第一主成分中权重较高，所以我们选择这两个指标作为

3、水稻抗旱性评价的指标。采用主成分分析法来综合评定研究材料的抗旱性。对113份水稻地方品种进行抗旱性评价，将113份材料分为高抗(1级)、中抗(3级)、抗(5级)、中感(7级)、感(9级)五大类型，其中高抗(1级)类型中有19个材料，16个地方陆稻，3个地方水稻；中抗(3级)类型中有29个品种，25个地方陆稻，4个地方水稻；抗(5级)类型有46个材料，32个地方陆稻，14个地方水稻；中感(7级)类型共有15个，地方水稻6个，地方陆稻9个；感(9级)类型有4个，都为地方水稻。表型鉴定分析为节水抗旱稻育种应用提供了基础。2、SNACl基因

4、序列分析发现，核苷酸多态性为Pi=0．0057，237份栽培稻中SNACl基因核苷酸多态性为Pi=0．0028，在39份野生稻中SNACI基因核苷酸多态性为Pi=0．0160，野生稻SNACl基因核苷酸多态性约为栽培稻的6倍。276份材料序列分析发现SNACl基因编码区中的核苷酸多态性要显著低于非编码区中的核苷酸多态性，说明SNACl基因编码区序列较非编码区序列受到了更为强烈的选择压力。序列分析发现在SNACl基因的编码区和非编码区内存在大量的插入和缺失位点，其中在编码区内平均插入和缺失片段的长度为16．9bp；在26个野生稻材料启

5、动子区存在的247bp的转座子插入，可能影响到了野生稻群体SNACl基因表达量的降低。DNAsp软件分析SNACl基因的单倍型，发现276份材料中一共有146种单倍型，主要可以分为5大类群，G1野生稻类群，G2类群由4个栽培稻组成，G3水稻类群，G4陆稻类群，G5由野生稻耿马普野和景洪普野组成；选择性检验Tajima’SD和FuandLi’SD幸检测发现，栽培稻中SNACl基因非编码区的Tajima’SD检测不华中农业大学2012届硕士研究生学位论文显著，编码区的Tajima’SD检测达到了显著水平，说明SiVACl基因编码区在长期

6、的进化过程中受到了一定的选择压力。3、DST基因序列分析发现，DST基因核苷酸多态性为Pi=0．0108，110份栽培稻中DST基因核苷酸多态性Pi=0．0025，在29份野生稻中DST基因核苷酸多态性为Pi=0．0443，野生稻核苷酸多态性约为栽培稻的20倍。139份材料序列分析发现DST基因编码区中的核苷酸分离位点数要显著低于非编码区分离位点数；序列分析发现DST基因的启动子区存在大量的插入、缺失和突变位点，平均插入和缺失片段的长度为7．802bp；单倍型分析发现139份材料中一共有122种单倍型，主要归结为5种单倍型类群，Gl

7、单倍群由7个水稻、4个陆稻和6个野生稻组成，G2单倍群由3个水稻和3个陆稻组成，G3主要是野生稻群体，G4由9个水稻和21个陆稻组成，G5由11个水稻和44个陆稻组成；选择性检验Tajima’sD和FuandLi’SD木检测发现栽培稻中DST基因的编码区和非编码区都受到了强烈的选择作用。SNACl和DST两个基因的序列分析发现，从野生稻到栽培稻进化的过程中，SNACl和DST基因都受到了一定的选择作用，栽培稻中基因多样性要显著低于野生稻中；从地域来源上，不同地域来源的材料(云南、广西)基因多样性之间差异不大；从水稻群体和陆稻群体上，

8、两群体之间存在许多变异位点，这些变异位点是否影响到了基因的表达和抗旱表型的变化需要进一步深入的研究。单倍型分析发现SNACl基因单倍型Hap20和DST基因的G5单倍群可能蕴含丰富的抗旱优异等位基因。关键词：水稻节水抗旱分子进化SNA