水稻脆性突变体fp2的遗传分析、表型分析和候选基因预测

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1、四川农业大学博士学位论文水稻脆性突变体fp2的遗传分析、表型分析和候选基因预测姓名：徐建第申请学位级别：博士专业：分子生物学与生物化学指导教师：吴先军;汪旭东20070601摘要机械强度是水稻(OryzasativaL．)的重要农艺性状之一。反映了植物细胞壁的物理特性。研究与机械强度改变有关的突变体有助于揭示与茎秆机械强度、支撑力等有关的细胞壁生物合成机理和相关基因的调控机制及途径。脆性突变体及其相关基因的研究对于提高水稻的产量、抗倒伏性、抗病、抗虫和抗逆性等方面都具有重要意义；脆性突变体相关基因的研究在提高秸秆的利用率、提高木

2、本植物中纤维素的含量和质量等方面具有广泛的应用前景。本研究对一份脆性突变体进行了分离鉴定、表型分析、遗传分析、基因精细定位和候选基因克隆等方面的研究。取得了主要的结果如下：1．从籼稻材料E优532的EMS诱变后代中分离鉴定出一份脆性突变体．在口。该突变体．加2与其野生型E优532相比，机械强度明显下降(根、茎秆、叶片、籽粒等易碎)、株高明显降低、株型较散、叶片呈现下披状态、根长度变短且生长缓慢。2．对fp2和其野生型进行了物理性质和化学组成成分方面的研究。结果表明，．彦2的机械强度明显下降，茎秆折断力为野生型的70％，茎秆延伸率

3、为野生型的65％，反映出fp2突变影响了植株的机械强度和延伸率。fp2细胞壁的化学组成成分含量也发生了很大的变化，纤维素和木质素的含量下降，仅为野生型的75％和60％；半纤维素和硅含量分别上升30％和3l％。3．对．加2和其野生型进行了细胞解剖学方面的观察研究。石蜡切片结果显示，．勿2的薄壁组织细胞较野生型长度变短，宽度稍微增大，这可能就是导致植株外观形态发生变化的直接原因。扫描电镜观察结果表明，彦2的厚壁组织细胞壁明显变薄且结构改变为一种中空的网状结构，而野生型的厚壁组织细胞壁结构致密：突变体根部的表皮细胞形状不规则且排列错乱

4、，野生型根部细胞狭长且排列整齐。透射电镜观察显示，突变体的单个细胞细胞壁较其野生型明显变薄且部分细胞壁存在缺失现象，两导管等组织的细胞壁纤维素的排列结构发生了明显的变化，变得错乱复杂。4．脆性基因的遗传分析。通过田问调查和对四个F2遗传群体(蜀恢527／fp2、93·11馆2、日本晴治2和粳89／fp2)的研究发现，fp：脆性性状受一对隐性基因控制，该基因在四个群体中的分离均遵循孟德尔单基因遗传分离规律。5．完成了对彦2基因的精细定位。利用日本晴／fp2群体进行fp：基因的分子定位，首先将加2基因定位到第lO染色体的长臂端SSR

5、标记，遗传距离分别为1．1cM和411．4cM。继续利用RM271与RM258之间己公布的大号分子标记进行定位研究，将基因进一步定位于RM271与RM25547之间，遗传距离为1．IcM和4．7cM。根据初步定位结果，从RGP数据库获得彦2基因区域的局部物理图谱并下载其中的Contig完整序列，根据相应物理区段内水稻碱基序列开发新的SSR标记和InDel标记进行彦2基因的精细定位，最后将勿2定位于InDel2·15和InDel4-12之间大约69kb的物理范围内。6．进行了候选基因的预测和初步分析。利用TIGRRiceBrows

6、e引擎、在线注释软件RiceGaas和http：／／genes．mit．edu／GENSCAN．html获得区间序列进行基因预测注释。获得了7个候选基因：LOC_Osl0933040，LOC_Osl0933050，LOC_Osl0933070，LOC_Osl0933060，LOC_Osl0933080，LOC_Osl0933104，LOC_Osl0933130。其中LOCOsl0933040与蛋白质绑定、细胞壁形成、蛋白改变、碳水化合物合成、生理学过程、膜蛋白等生命活动相关，可能是我们要寻找的目的基因。7．对彦2基因的可能功能进

7、行了相关分析。彦2基因的突变引起了纤维素、木质素含量的降低和半纤维素、硅含量的上升；突变降低了植株的机械强度；突变使植物细胞长度变短，细胞宽度增／Jn；突变体的细胞壁厚度明显降低，细胞壁结构呈现不规则排列状态：植株外观形态发生了明显的变化。但是植物厚壁组织细胞壁只是厚度发生改变并伴随部分缺失，在排列结构上没有太明显的变化，而导管等疏导组织的细胞壁在厚度降低的情况下结构也发生了明显的变化。fp2基因可能在植物体的整个生长过程中调节纤维素微纤维动力学改变或其他的非纤维素物质成分的沉积、排列和调节细胞的分化、延伸等方面，以致影响细胞的

8、形态发生、细胞壁物质的生物合成和沉积、初生壁和次生壁的排列结构、机械强度和植株形态。fp2基因是如何改变植株形态和机械强度的机制是十分复杂的；需要我们克隆此基因来进一步阐明这个问题。关键词：水稻(OryzasativaL．)，机械强度，脆性，植株形态，细胞壁厚度