同源四倍體水稻中種子大小相關(guān)基因的表達(dá)研究.pdf

1、多倍化是植物進(jìn)化的動(dòng)力。多倍體通常分為異源多倍體和同源多倍體，同源多倍體基因組劑量增加通常會(huì)對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生巨大的影響，從而影響到蛋白的表達(dá)，最終影響整個(gè)植株的性狀。水稻是二倍體作物，通過(guò)人工染色體加倍可以獲得同源四倍體水稻，與二倍體比較，四倍體水稻具有生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、籽粒大、莖粗、葉厚、葉片變長(zhǎng)變寬、抗蟲(chóng)、抗病、抗旱能力強(qiáng)、生物量高等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)研究四倍體水稻中種子大小相關(guān)基因的表達(dá)情況，分析倍性對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控特點(diǎn)和規(guī)律，可以為分子育種提供

2、依據(jù)。
　　本實(shí)驗(yàn)以4個(gè)水稻品種Balilla、93-11、南京11和海天及其四倍體為材料，分析了6個(gè)調(diào)控種子大小基因（GW2、GW5、HGW、qGW8、GS3和GS5）的表達(dá)情況，主要結(jié)果如下:
　　1、對(duì)四套二倍體-同源四倍體水稻進(jìn)行田間觀察和農(nóng)藝性狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)它們表型差異極顯著，比如，四倍體的莖稈變粗、劍葉變寬變長(zhǎng)、葉的顏色加深、植株變高、籽粒變大、結(jié)實(shí)率降低等。一般情況下，四倍體與二倍體的高度差大約在5cm左右，而9

3、3-11和其對(duì)應(yīng)四倍體株高相差約16cm。
　　特別是在種子大小相關(guān)性狀上，發(fā)現(xiàn)粒長(zhǎng)(GL)、粒寬(GW)、長(zhǎng)寬比(L/W)、籽粒表面積(GS)和籽粒周長(zhǎng)(GC)這五個(gè)參數(shù)均存在極顯著差異。同源四倍體的干粒重比二倍體增加31％～35％，籽粒長(zhǎng)增加2～3cm、粒寬增加0.5cm左右等。
　　2、通過(guò)電鏡掃描觀察Balilla和DBalilla幼穗發(fā)育二次枝梗形成期和雌雄蕊形成期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二倍體水稻和四倍體水稻幼穗的發(fā)育進(jìn)程基本

4、一致，確保了取材的準(zhǔn)確性。
　　3、通過(guò)Q-PCR技術(shù)分析6個(gè)主要控制種子大小基因在具有代表性的粳稻品種Balilla、秈稻品種93-11及其四倍體幼穗發(fā)育中的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)在4n水稻中，與二倍體相比較，在同一幼穗發(fā)育時(shí)期，正調(diào)控基因表達(dá)上升，負(fù)調(diào)控基因表達(dá)下降，即分子水平的表達(dá)結(jié)果與種子大小表型一致。(2)部分基因的表達(dá)具有材料特異性。GW5在兩對(duì)材料中均不表達(dá)，qGW8在Balilla中檢測(cè)到發(fā)育早期沉默，而在93

5、-11中則隨發(fā)育時(shí)期表達(dá)上升。(3)多數(shù)基因的表達(dá)量隨幼穗發(fā)育進(jìn)程而變化，即具有表達(dá)時(shí)期特異性。在D93-11的幼穗發(fā)育初期，大多數(shù)基因的表達(dá)為上升趨勢(shì)，到了第3、4期，表達(dá)為最高后，開(kāi)始下降。而qGW8在整個(gè)發(fā)育時(shí)期，其表達(dá)水平一直呈上升趨勢(shì)。(4)不同發(fā)育時(shí)期，不同的基因可能起主要調(diào)控作用。在幼穗發(fā)育1時(shí)期，負(fù)調(diào)控因子GW2、GS3在4n水稻D93-11中的表達(dá)下調(diào)較大，而正調(diào)節(jié)因子HGW、GS5和qGW8在4n水稻DBalilla

6、中的表達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2n水稻;在幼穗發(fā)育3時(shí)期，GS3在4n水稻D93-11中表達(dá)量最高，可能為主效基因;在幼穗發(fā)育5時(shí)期，qGW8在4n水稻D93-11中表達(dá)量最高，可能為主效基因。表明在不同的發(fā)育時(shí)期，可能由不同的基因發(fā)揮主要的調(diào)控作用。
　　4、通過(guò)轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)來(lái)驗(yàn)證基因過(guò)表達(dá)對(duì)種子大小的調(diào)控:在Balilla(2n)中過(guò)表達(dá)負(fù)調(diào)控基因GW2，然后獲得28棵轉(zhuǎn)基因植株。對(duì)這些轉(zhuǎn)基因植株的標(biāo)記(hyg)進(jìn)行檢測(cè)，可擴(kuò)增出約800bp

7、的目標(biāo)片段，證明該基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入植株中。對(duì)該基因進(jìn)行Q-PCR表達(dá)差異檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該基因的表達(dá)量變化為:Balilla(2n) T＞Balilla(2n)＞DBalilla(4n)(128.0＞54.7＞17.44)。而相應(yīng)的植株的種子大小:Balilla(2n)T＜ Balilla(2n)＜DBalilla(4n)(粒寬分別為2.95cm＜3.61 cm＜3.73cm，干粒重分別為22.3g＜31.82g＜49.41g)。該結(jié)果表明負(fù)調(diào)控