一個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，獲得了一個矮稈窄葉突變體dnl1（(d)warf and(n)arrow(l)eaf1）。本文對dnl1突變體進行了相關表型分析、突變性狀的遺傳分析和基因定位，并從組織細胞學的角度初步解釋了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)卡平方檢驗表明符合1∶3，推定

2、突變性狀由一對隱性基因控制。
　　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)間平均長度與野生型對應部分對比變化顯著。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號染

3、色體，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)DNL1是NAL1的一個等位基因。在DNL1基因8552bp處發(fā)生了G突變?yōu)锳的單堿基突變，從而導致對應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期的野生型葉片厚，兩個維管束間的間距小。莖稈縱切切片顯示，dnl1突變體莖稈細胞比秀水09要窄而短，莖稈細小且薄。這些特征在組織細胞學上解釋了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)機制對延緩植物的衰老有重要意義。對農(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)濟效益。細胞程序性死亡(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。本論文對一個導致水稻早衰和雄性不育的基因SMS1進行了初步分析，主要結(jié)論如下:
　　1.生物信息學分析顯示SMS1基因編碼一個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.應用水稻原生質(zhì)體系統(tǒng)，將水稻SMS1 CDS融合YFP報告基因的pA7-SMS1-YFP雙元表達載體在水稻原生質(zhì)體中表達。熒光

6、共聚焦顯微鏡下，在細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核均能觀察到激發(fā)熒光，由此推斷SMS1基因在水稻細胞中是遍在表達的。
　　3.成功構(gòu)建SMS1 Promoter驅(qū)動GUS報告基因的p1300-SMS1 Pro-GUS載體和Ubi Promoter驅(qū)動的pUN1301-SMS1-OE過表達載體，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，在葉鞘和節(jié)表達較強，而在葉尖和穎殼表

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