一個(gè)水稻矮桿窄葉突變基因的定位及早衰和雄性不育基因SMS1的功能分析.pdf

1、常規(guī)粳稻秀水09經(jīng)過甲基磺酸乙酯(EMS)誘變處理，獲得了一個(gè)矮稈窄葉突變體dnl1（(d)warf and(n)arrow(l)eaf1）。本文對(duì)dnl1突變體進(jìn)行了相關(guān)表型分析、突變性狀的遺傳分析和基因定位，并從組織細(xì)胞學(xué)的角度初步解釋了dnl1突變體矮稈窄葉形成的原因。主要結(jié)論如下:
　　1.dnl1突變體與野生型秀水09雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)出與秀水09相同表型。F2出現(xiàn)矮稈窄葉與高稈寬葉兩種表型，經(jīng)卡平方檢驗(yàn)表明符合1∶3，推定

2、突變性狀由一對(duì)隱性基因控制。
　　2.dnl1突變體與野生型比較，自播種兩周左右苗高開始出現(xiàn)明顯差異，dnl1突變體比野生型早開始分蘗且分蘗數(shù)明顯多于野生型。突變體的株高只有野生型的55.69％，而突變體的分蘗數(shù)則是野生型的2.19倍。突變體的穗和莖稈各節(jié)間平均長(zhǎng)度與野生型對(duì)應(yīng)部分對(duì)比變化顯著。野生型上三葉平均寬度均是突變體的2倍以上，平均長(zhǎng)度是突變體的1.6倍以上。
　　3.通過圖位克隆的方法將DNL1基因定位到水稻4號(hào)染

3、色體，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)DNL1是NAL1的一個(gè)等位基因。在DNL1基因8552bp處發(fā)生了G突變?yōu)锳的單堿基突變，從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)編碼的氨基酸由天冬氨酸突變?yōu)樘於０贰?br>　　4.石蠟切片結(jié)果顯示，dnl1突變體葉肉細(xì)胞較野生型秀水09小。dnl1突變體葉片橫切切片展示出比同時(shí)期的野生型葉片厚，兩個(gè)維管束間的間距小。莖稈縱切切片顯示，dnl1突變體莖稈細(xì)胞比秀水09要窄而短，莖稈細(xì)小且薄。這些特征在組織細(xì)胞學(xué)上解釋了dnl1突變體在整體上比野

4、生型矮化，葉片變窄變短的原因。
　　植物的衰老是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中許多內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果。研究植物衰老的誘發(fā)因素和調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)延緩植物的衰老有重要意義。對(duì)農(nóng)作物來說，延緩衰老能有效提高作物的產(chǎn)量，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。細(xì)胞程序性死亡(PCD)是植物衰老的一種表征，也是誘發(fā)植物衰老的重要因素之一。雄性不育是一種廣泛存在于開花植物中的現(xiàn)象，它在育種中有著重要的作用。雄性不育系的應(yīng)用不僅提高了雜交育種的效率，而且大幅提高了水稻的產(chǎn)量

5、和品質(zhì)。雜交水稻生產(chǎn)體系的核心是雄性不育材料的發(fā)掘和利用。本論文對(duì)一個(gè)導(dǎo)致水稻早衰和雄性不育的基因SMS1進(jìn)行了初步分析，主要結(jié)論如下:
　　1.生物信息學(xué)分析顯示SMS1基因編碼一個(gè)UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)，它催化葡萄糖-1-磷酸和UTP與UDP-葡萄糖和焦磷酸之間的轉(zhuǎn)化。
　　2.應(yīng)用水稻原生質(zhì)體系統(tǒng)，將水稻SMS1 CDS融合YFP報(bào)告基因的pA7-SMS1-YFP雙元表達(dá)載體在水稻原生質(zhì)體中表達(dá)。熒光

6、共聚焦顯微鏡下，在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核均能觀察到激發(fā)熒光，由此推斷SMS1基因在水稻細(xì)胞中是遍在表達(dá)的。
　　3.成功構(gòu)建SMS1 Promoter驅(qū)動(dòng)GUS報(bào)告基因的p1300-SMS1 Pro-GUS載體和Ubi Promoter驅(qū)動(dòng)的pUN1301-SMS1-OE過表達(dá)載體，通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化日本晴愈傷組織獲得轉(zhuǎn)基因陽性株系。GUS染色顯示，SMS1在葉片、葉鞘、節(jié)、節(jié)間、穎殼等組織有表達(dá)，在葉鞘和節(jié)表達(dá)較強(qiáng)，而在葉尖和穎殼表

7、達(dá)較弱。RealTime-PCR結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)所取過表達(dá)轉(zhuǎn)基因陽性株系較正常日本晴均有過表達(dá)，表達(dá)量最高的接近正常日本晴表達(dá)水平的300倍。
　　4.對(duì)sms1突變體葉片不同部位和野生型葉片進(jìn)行超薄切片觀察，結(jié)果顯示sms1突變體細(xì)胞出現(xiàn)空腔，細(xì)胞核膨大，表現(xiàn)出PCD的特征，而野生型細(xì)胞內(nèi)葉綠體等內(nèi)容物豐富。sms1突變體的細(xì)胞壁疏松，棱廓模糊，部分細(xì)胞壁較薄，而野生型細(xì)胞壁比較致密且棱廓清晰。由此推測(cè)sms1突變體缺失編碼UGP