三份水稻穗部器官T-DNA插入突變體的鑒定、形態(tài)發(fā)生學(xué)研究和初步遺傳分析.pdf

1、稻穗屬于圓錐花序，由穗軸、一次枝梗、二次枝梗和著生于其上的小穗(穎花)組成。其中的穎花是形成水稻經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的重要庫(kù)容器官。獲得水稻穗部器官的各種突變類型，系統(tǒng)地研究并揭示與水稻穗部器官發(fā)育相關(guān)基因的作用及其互作，對(duì)于探明水稻穗部器官的形態(tài)建成和發(fā)育調(diào)控機(jī)制，指導(dǎo)育種和栽培實(shí)踐，有著重要的意義。 本研究在2003年和2004年正季，于抽穗至灌漿初期，對(duì)4,416份粳稻品種中花11號(hào)和中花15號(hào)的T-DNA插入突變體庫(kù)的T1代標(biāo)簽系進(jìn)

2、行多次的田間調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20余個(gè)標(biāo)簽系的穗部器官發(fā)生了可遺傳的突變，其突變表型涉及到無(wú)穗分化突變體(只有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng))、穎殼退化或畸形突變體、多重穎殼突變體、無(wú)穎花或極稀穗突變體(即穗退化)、直立穗突變體、禿頂穗突變體等10余種類型。其中有些突變體表現(xiàn)為全小區(qū)擬純合突變，另一些則表現(xiàn)為系內(nèi)分離，說(shuō)明不同穗部器官突變體的突變?cè)蚩赡懿煌?，有些可能屬于T-DNA插入突變，有些則可能屬于組培變異或其它原因造成的突變。但無(wú)論哪種原因造成的穗部器

3、官變異，都為進(jìn)一步系統(tǒng)研究水稻穗部器官的發(fā)育調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。 為了進(jìn)一步分析突變體形態(tài)變異發(fā)生的具體時(shí)期和區(qū)域，本研究選擇了3份突變體：即穎殼退化突變體、穗退化突變體和多重穎殼突變體進(jìn)行了深入研究。其中:(1)穎殼退化突變體的典型特征是：穎殼(包括副護(hù)穎、護(hù)穎及內(nèi)外穎)出現(xiàn)嚴(yán)重的退化，內(nèi)部花器官裸露，抽穗時(shí)稻穗似在盛花，此后雌雄蕊很快干枯等，而且雌雄蕊數(shù)目也不正常，少數(shù)突變體穎花表現(xiàn)為一枝梗兩小花或三小花現(xiàn)象，部分穎花內(nèi)常見(jiàn)

4、瘤狀物。突變體另一突出特點(diǎn)是雄性不育；(2)穗退化突變體：主要表現(xiàn)為，抽穗后只能見(jiàn)到長(zhǎng)度明顯縮短了的一次枝梗和二次枝梗著生在穗軸上，整個(gè)稻穗成為一種棒狀物，偶爾可見(jiàn)個(gè)別穎花著生或退化穎花的痕跡；(3)多重穎殼突變體的典型特征是，統(tǒng)計(jì)的幾乎每朵穎花的穎殼數(shù)都明顯增多，多數(shù)表現(xiàn)為雙外穎和雙內(nèi)穎，部分穎花的內(nèi)外穎數(shù)目更多，部分穎花沒(méi)有內(nèi)穎，但有多重外穎。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)穎花內(nèi)沒(méi)有漿片，突變體的雌雄蕊發(fā)育也多不正常，表型為雄性不育。

5、利用石蠟切片和掃描電鏡對(duì)3份突變體的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步觀察后發(fā)現(xiàn)：相比于野生型植株的穎花發(fā)育過(guò)程而言：(1)穎殼退化突變體的突變性狀從穎花原基分化早期(即副護(hù)穎、護(hù)穎及內(nèi)外穎原基分化期)就有明顯表現(xiàn)，掃描電鏡下可觀察到，突變體在產(chǎn)生雄蕊原基時(shí)，內(nèi)外穎原基或凸起不明顯，或凸起不足野生型植株內(nèi)外穎的1/2長(zhǎng)，雄蕊原基分化則呈現(xiàn)不同步，雌蕊原基的分化一般也呈現(xiàn)二裂羽毛狀柱頭的不均等分裂；(2)穗退化突變體的表型主要出現(xiàn)在一次和二次枝梗原基分

6、化期，突變體絕大部分僅有一次枝梗原基和二次枝梗原基分化，極難見(jiàn)到穎花原基的分化，雌雄蕊原基的分化更加罕見(jiàn)；(3)多重穎殼突變體，突變性狀主要從穎花原基分化開始后不久即內(nèi)外穎原基分化期開始表現(xiàn)，突變體穎花在正常內(nèi)外穎原基分化結(jié)束后，沒(méi)有很快進(jìn)入雌雄蕊原基的分化階段，而是繼續(xù)分化了幾個(gè)類似內(nèi)外穎狀的器官，然后才開始雌雄蕊原基的分化。且雌雄蕊原基的分化順序表現(xiàn)無(wú)規(guī)律和不同步現(xiàn)象。 對(duì)此3份突變體進(jìn)行連續(xù)2個(gè)世代的遺傳分析，表明它們均是

7、由單基因突變?cè)斐傻男誀钭儺悺Ｍ蛔儽硇团cT-DNA標(biāo)簽(PCR標(biāo)記)之間的共分離檢測(cè)結(jié)果表明：(1)穎殼退化突變體是由T-DNA單拷貝插入引起的功能喪失突變，暫將該突變體命名為dh1突變；(2)穗退化突變體，則可能是由2個(gè)非串聯(lián)的T-DNA片斷的插入所致，且初步研究表明目標(biāo)突變性狀可能與其中一個(gè)插入點(diǎn)有關(guān)系，尚待進(jìn)一步驗(yàn)證。暫命名該突變?yōu)閐f突變；(3)多重穎殼突變體，則可能是一個(gè)單基因的隱性突變，推測(cè)可能是一個(gè)T-DNA單拷貝插入引發(fā)的

8、功能喪失突變。暫命名該突變?yōu)閙g突變。 總體而言，(1)穎殼退化突變體：其退化的穎殼沒(méi)有出現(xiàn)同源轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)換為內(nèi)輪器官，故推測(cè)，控制該突變體的基因可能是一類不同于“ABC”模式中的功能基因，而是屬于其它類別與水稻穎花發(fā)育相關(guān)的功能基因；(2)穗退化突變體：推測(cè)可能是該突變體在穗分化過(guò)程中，花序分生組織向花分生組織轉(zhuǎn)換時(shí)有性發(fā)育程序受到強(qiáng)烈抑制，因而即使開花誘導(dǎo)信號(hào)存在，也不能使有性發(fā)育程序受到激活，結(jié)果是花序分生組織無(wú)法向花分生

9、組織轉(zhuǎn)換，該突變體也就無(wú)花可開；(3)多重穎殼突變體：突變性狀開始見(jiàn)于內(nèi)外稃原基分化后期，此時(shí)除了正常的1枚外穎和1枚內(nèi)穎外，還分化出多個(gè)類似內(nèi)外稃狀的結(jié)構(gòu)，大部分穎花沒(méi)有漿片，可能是部分同源轉(zhuǎn)化為類穎殼狀物，故推測(cè)可能是MADS-box基因家族中E類基因引起的功能突變。 三份生殖器官突變體的突變性狀發(fā)生時(shí)期相近，但突變后表型截然不同，進(jìn)步深入研究控制3種性狀基因的功能及其相互關(guān)系，對(duì)于闡明水稻生殖器官形態(tài)發(fā)生和器官建成的調(diào)控機(jī)