一個(gè)水稻開穎不育突變體ohs1(t)的遺傳分析與精細(xì)定位.pdf

1、花是高等植物最重要的器官之一。顯花植物生殖時(shí)期最顯著的特征就花的發(fā)育?；ǖ陌l(fā)育過(guò)程不單是植物繁殖后代和種群擴(kuò)增的基礎(chǔ)，而且是植物生命的繼續(xù)的根本保證；同時(shí)是生產(chǎn)和作物的生產(chǎn)能力以及作物的產(chǎn)量也由它直接決定。因此，生物學(xué)家極其關(guān)注與重視植物花器官的形成和發(fā)育。上世紀(jì)八十年代以來(lái)，研究人員利用不斷發(fā)展的分子遺傳學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)，取得了許許多多的科研成果，成為發(fā)育生物學(xué)研究中最引人入勝的熱點(diǎn)[1]。 作為單子葉模式植物的禾本科水稻，

2、它的花的發(fā)育過(guò)程及其結(jié)果能直接影響到稻米品質(zhì)與稻谷產(chǎn)量，因此研究水稻花器官的形態(tài)建成具有非常重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與理論意義。研究人員已經(jīng)完成了對(duì)水稻全基因組的測(cè)序工作，已將發(fā)現(xiàn)的突變體應(yīng)用于研究控制水稻生理性狀和形態(tài)和基因連鎖分析以及基因的定位和克隆。1998年，國(guó)際水稻遺傳協(xié)會(huì)報(bào)告的突變體基因已定位的有571個(gè)。盡管全世界已在水稻上分離了40萬(wàn)條EST與3萬(wàn)條cDNA，但是許多的水稻突變體材料還沒(méi)分類以及大多數(shù)特已性狀基因還沒(méi)有分離到。研究

3、人員利用不斷發(fā)展的克隆技術(shù)與測(cè)序完成的水稻全基因組，越來(lái)越注重有關(guān)有益基因的定位和克隆和轉(zhuǎn)移以及累加等方面的研究。克隆基因技術(shù)隨著分子生物學(xué)方法的發(fā)展也不斷的對(duì)其方法也不斷進(jìn)行革新，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的主要有減法雜交PCR克隆和mRNA差異顯示擴(kuò)增和表型克隆和圖位克隆以及轉(zhuǎn)座子標(biāo)記法等這幾種。在對(duì)這些方法進(jìn)行具體選擇時(shí)，主要要看材料的性質(zhì)特點(diǎn)以及研究的目的。本文報(bào)道了一個(gè)水稻開穎不育突變體的形態(tài)表型、遺傳規(guī)律及基因定位研究結(jié)果，為該突變體

4、基因的進(jìn)一步克隆及功能研究奠定基礎(chǔ)。 本課題組在明恢86的轉(zhuǎn)基因后代中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)水稻花器官發(fā)育突變體，暫命名為開穎不育突變體(open hull sterile 1 (ohs1(t))。ohs1(t)突變體表現(xiàn)穎花開裂，內(nèi)外稃片變細(xì)，內(nèi)稃微彎向外稃，有雌雄蕊分化，但雌雄蕊較野生型株的小，大多數(shù)花藥沒(méi)有花粉，少數(shù)花藥中含有不育花粉，雌雄配子均不育。轉(zhuǎn)基因標(biāo)記基因分析表明ohs1(t)不是一個(gè)T-DNA插入的突變體。本研究首先ohs

5、1(t)分別與明恢86、R527、93-11和中花16號(hào)雜交后代遺傳分析表明ohs1(t)是一個(gè)隱性基因控制的突變體。然后以ohs1(t)和93-11雜交F2群體中突變個(gè)體作為初步定位群體，按照?qǐng)D位克隆的方法，利用分子標(biāo)記對(duì)該基因進(jìn)行逐步定位，并用生物信息學(xué)的方法對(duì)最終的定位區(qū)間內(nèi)的候選基因的進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。主要的研究結(jié)果如下： 1.OHS1(t)基因的遺傳分析。由于ohs1(t)突變體的花器官發(fā)生變異而高度不育，因此ohs1(

6、t)突變位點(diǎn)只能由雜合體保持。用ohs1(t)群體中的野生型植株分別與明恢86、R527正反交，與9311、中花16雜交，F(xiàn)1代均沒(méi)有突變表型。F2群體田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)：將ohs1(t)突變體置于不一樣的遺傳背景下進(jìn)行研究，對(duì)F2群體中的突變體植株和野生型植株分離比做卡方檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)F2群體中的兩者的分離比盡管均有些偏離3:1的分離規(guī)律，但與15:1以及其它比例分離規(guī)律不符合。盡管ohs1(t)突變體的后代分離規(guī)律不完全符合孟德?tīng)柗蛛x規(guī)律，但

7、從趨勢(shì)上看，F(xiàn)2后代分離比符合或更接近符合孟德?tīng)枂位虻倪z傳規(guī)律，推測(cè)ohs1(t)是一單隱性基因控制的突變體。 2.構(gòu)建93-11與ohs1(t)的F2代定位群體，運(yùn)用BSA法，通過(guò)篩選88對(duì)基本均勻分布于12條染色體上的，且在93-11/ohs1(t)之間有多態(tài)性的SSR分子標(biāo)記，在1號(hào)染色體上找到兩個(gè)標(biāo)記RM493與RM5638與ohs1(t)發(fā)生共分離，并且將目的基因OHS1(t)夾在這兩個(gè)標(biāo)記的之間，根據(jù)這兩個(gè)標(biāo)記對(duì)1

8、19株突變個(gè)體進(jìn)行分析，從而將該基因初步定位在1號(hào)染色體長(zhǎng)臂上。 3.開發(fā)新的SSR標(biāo)記，將OHS1(t)基因定位在RM493和NSSR0107之間，遺傳距離分別為7.8cM和1.3cM。 4.由于在親本93-11與ohs1(t)之間無(wú)法再找到更近的且在兩親本間有多態(tài)的分子標(biāo)記，所以采取換群體的方法，即用粳稻中花16號(hào)與ohs1(t)雜交F2代分離群體454株突變個(gè)體做進(jìn)一步精細(xì)定位。 5.用新開發(fā)的SSR標(biāo)記，

9、對(duì)中花16號(hào)與ohs1(t)的雜交的F2群體(454個(gè)突變單株)進(jìn)行分析，將OHS1(t)基因進(jìn)一步精細(xì)定位在NSSR0115和RM493之間，兩標(biāo)記與OHS1(t)的遺傳距離分別為0.2和7.8 cM。 6.開發(fā)設(shè)計(jì)InDel標(biāo)記，并找到一個(gè)距離OHS1(t)更近的標(biāo)記InDe10102，結(jié)果最終將OHS1(t)精細(xì)定位在InDel標(biāo)記NSSR0115和InDe10102之間的區(qū)域，兩標(biāo)記與OHS1(t)的遺傳距離分別為0.2