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水稻谷壳硅含量QTL精细定位及其候选基因分析

作　者: 吴季荣
导　师: 庄杰云
学　校: 中国农业科学院
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水稻谷壳硅含量数量性状座位精细定位候选基因分析
分类号: S511
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 234次
引　用: 1次
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内容摘要

硅在水稻正常生长发育过程中起着重要作用。已经有3个与水稻硅代谢相关的基因得到克隆。随着分子数量遗传学的发展,通过数量遗传学途径寻找控制相关性状的QTL已经成为研究的重要方向,与水稻硅性状相关的QTL研究在过去的4年中也逐步得到开展。前期研究中,以珍汕97B×密阳46重组自交系(recombinant inbred line, RIL)群体为材料,在第6染色体短臂检测到一个控制水稻谷壳硅含量的QTL qHUS-6,其贡献率达17.4%。在此基础上,利用1套衍生于1个水稻剩余杂合体的F2:3群体RHL6对该QTL进行验证和分解。该群体含221株系,在第6染色体短臂RM587-RM19784区间分离、其他区间基本纯合。再从该群体中筛选出杂合区间更小的单株,用于QTL的验证、分解和精细定位,并对所得候选基因进行基因序列分析,得到以下结果:1.2004年冬在海南种植RHL6 F2:3群体的221个株系。应用该群体在第6染色体短臂分离区间RM587-RM19784内共检测到两个控制水稻谷壳硅含量的QTL qHUS6-1和qHUS6-2,分别位于区间RM510-RM204和RM19715-RM19784内,增效等位基因分别来源于父本密阳46和母本珍汕97B,加性效应分别为1.50和-1.12,显性效应分别为1.17和0.03,贡献率分别为20.23%和23.75%,分别表现为正向显性和加性作用;背景中在第2染色体的一小段分离区间中检测到一个微效QTL,贡献率为4.1%,增效等位基因来自母本珍汕97B。2.从RHL6 F2:3群体中筛选出3个杂合区间更小的单株其中,其中2株覆盖qHUS6-1区间,各自交产生了1个F2群体,分别从两个群体中筛选出目标区间重组和非重组的单株衍生F3群体,称为FM3 F2:3群体和FM4 F2:3群体,分别含62个株系和40个株系。于2006年夏在浙江种植这两个群体,分别应用这2个群体对qHUS6-1进行定位,然后对两群体的结果进行比较,将qHUS6-1定位于RM510和RM19417之间约147.0 kb的区间内,增效等位基因来自父本密阳46,贡献率达65.26%和76.30%;另1株覆盖qHUS6-2区间,自交产生了1个F2:3群体,称为FM12 F2:3群体,从中挑选出在qHUS6-2区间具有不同基因型组成的5套F3株系于2006年夏种植于浙江,通过不同基因型组成的株系之间的方差分析比较将qHUS6-2分解为一个效应较大的QTL qHUS6-2a和效应较小的QTL qHUS6-2b,分别位于RM19706-RM19795和RM314-RM19665区间,增效等位基因均来自父本密阳46。3.从FM4 F2:3群体中挑选出杂合区间更小的两个单株TF6-15和TF6-17并衍生F2群体,分别从两个F2群体中筛选出10株目标区间母本基因型的植株、10株父本基因型的植株和20株杂合型的植株,于2007年夏在浙江种植F3株系。在一套近等基因系内进行母本纯合型株系与父本纯合型株系表型的方差分析,然后再进行两套近等基因系之间的比较。由TF6-15衍生的成对近等基因系之间有极显著差异,说明在分离区间有控制谷壳硅含量的QTL,而由TF6-17衍生的成对近等基因系之间无显著差异,说明在分离区间不存在控制谷壳硅含量的QTL。通过比较最终将qHUS6-1定位于第6染色体短臂RM3414-Si2944约62.4 kb的区间内,其加性效应为0.67,显性效应为-0.19,贡献率为26.20%,增效等位基因来自父本密阳46。4.在上述精细定位的区间内,共搜索到10个开放阅读框。经生物信息学分析,确定了目的基因。对其进行基因序列分析,发现该基因的编码区在两亲本间无碱基差异,编码区全长2,592bp;对该基因的cDNA序列分析发现,该基因无内含子,编码一个全长2,592bp的cDNA,编码产物为一个具有863个氨基酸的蛋白。两亲本间序列比对发现珍汕97B的第104个碱基发生RNA编辑(A→G),结果导致亲本间编码产物在第35个氨基酸改变,珍汕97B产物在该位点为半胱氨酸,而密阳46在该位点为酪氨酸。

全文目录

中国农业科学院博士学位论文评阅人、答辩委员会签名表  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-13
第一章文献综述  13-31
  1.1 分子标记的类型、特点及在水稻研究上的应用  13-15
    1.1.1 基于分子杂交的分子标记  13-14
    1.1.2 基于PCR 的分子标记  14
    1.1.3 基于DNA 测序和芯片分析的标记  14-15
    1.1.4 水稻研究中分子标记的应用  15
  1.2 水稻重要农艺性状QTL 研究进展  15-24
    1.2.1 与水稻抽穗期相关的QTL  16-17
    1.2.2 与产量性状相关的QTL  17-19
    1.2.3 与株型相关的QTL  19
    1.2.4 与抗逆相关的QTL  19-20
    1.2.5 与落粒性相关的QTL  20
    1.2.6 其他  20-24
  1.3 水稻硅营养研究进展  24-30
    1.3.1 硅的吸收、转运与积累  24-25
    1.3.2 硅的生理学功能  25-27
    1.3.3 硅的分子遗传学研究进展  27-29
    1.3.4 展望  29-30
  1.4 本研究的目的和意义  30-31
第二章水稻第6 染色体短臂谷壳硅含量 QTL 的分解  31-46
  2.1 材料与方法  32-39
    2.1.1 水稻材料  32-35
    2.1.2 田间试验和性状考察  35-36
    2.1.3 SSR 标记分析  36-38
    2.1.4 遗传图谱的构建和数据分析  38-39
  2.2 结果  39-44
    2.2.1 表型分析  39-40
    2.2.2 qHUS-6 的初步分解  40-41
    2.2.3 qHU56-1 的验证与精细定位  41-42
    2.2.4 qHU56-2 的验证  42-44
  2.3 讨论  44-46
第三章 qHU56-1 的精细定位和候选基因分析  46-59
  3.1 材料与方法  46-53
    3.1.1 精细定位群体的构建  46-47
    3.1.2 性状考察  47
    3.1.3 SSR 标记分析  47-48
    3.1.4 数据分析  48
    3.1.5 候选基因序列测定、克隆及分析  48-52
    3.1.6 RNA 提取、扩增与序列分析  52-53
  3.2 结果  53-56
    3.2.1 qHU56-1 精细定位  53-54
    3.2.2 qHU56-1 精细定位区间内候选基因搜索  54-55
    3.2.3 qHU56-1 基因序列分析  55-56
  3.3 讨论  56-59
第四章结论及进一步研究的展望  59-62
  4.1 结论  59-61
    4.1.1 QTL 分解与验证  59-60
    4.1.2 qHU56-1 精细定位  60
    4.1.3 候选基因分析  60
    4.1.4 总结  60-61
  4.2 展望  61-62
参考文献  62-72
致谢  72-73
作者简历  73

水稻谷壳硅含量QTL精细定位及其候选基因分析

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