基本信息

项目名称:
XLA-1低直链淀粉基因的遗传分析与分子定位
小类:
生命科学
简介:
此项目是有关水稻稻米品质基因的遗传分析和分子定位,明确改基因的遗传机理,将该基因定位到染色体上,找到与其紧密连锁的分子标记,有助于培育水稻新品种改良稻米品质。
详细介绍:
1.项目的研究内容 (1)XLA-1低直链淀粉基因的鉴定与遗传机理研究。 利用特异性功能引物(484/485,484/w2r )分析低直链淀粉突变体与野生型Wx基因的多态性关系;突变体XLA-1分别与原种、高直链淀粉亲本、糯稻配制杂交组合,分析F1、F2、BCF1的直链淀粉性状分离情况,明确突变基因遗传机理及互作关系,为下一步的定位打基础。 (2)XLA-1非Wx低直链淀粉基因lac的定位研究。 XLA-1分别与中高直链淀粉亲本(野生型、Francis)构建F2大群体,采用隐性群体法进 行突变基因与分子标记的连锁分析,选用所有可能的位于已筛选出的连锁分子标记侧翼的分子标记(Del/In及SNP标记),对F2群体中所有的低直链淀粉单株进行标记基因型分析,采用mapmaker软件计算标记与突变基因的遗传距离,找到该基因两侧与之连锁最紧密的分子标记,采用“染色体步移”,逐步逼近低直链淀粉突变基因lac。 2.实施方案 (1) 研究方案 研究材料 籼型低直链淀粉突变体XLA-1(AAC=14.42%),野生型“籼小占”(AAC=25.31%),高直链淀粉含量亲本“华航一号”(AAC=24.77%),美国光身稻品种Francis(AAC=23.1%),粘糯稻品种“荆香糯”(AAC=0.98%)。 遗传分析方法 突变体XLA-1分别与原种(籼小占)、高直链淀粉亲本(华航一号)、糯稻(荆香糯)配制杂交组合,根据直链淀粉三倍体遗传特点,分别研究F1(杂交得到的籽粒)、F2(F1植株上自交得到的籽粒群体)、BCF1(杂交得到的籽粒)籽粒世代直链淀粉分离情况,其中F1、BCF1调查200粒以上,F2调查1000粒以上;为进一步明确遗传结果,继续调查F2单株世代(1000株以上)直链淀粉分离情况,与籽粒世代互相验证。采用分组数据统计直链淀粉分离情况,并推测可能的分离模式。直链淀粉的测定采取两种方法,一种是按照国标方法(GB/T17891-1999)进行测定,另一种对于籽粒采用本实验室改良的单粒(半粒)法采用酶标仪进行测定,该方法经过本实验室长期验证,效率高、测定结果与国标法无显著差异。 XLA-1低直链淀粉基因的鉴定方法 已有的研究表明,微卫星引物484/485与SNP标记484/w2r(序列见表1)可解释品种间直链淀粉含量变异方差的90%左右,本研究利用这两对引物分别扩增XLA-1、籼小占、华航一号,比较其(CT)n多态性和第一内含子5′端剪切位点上单核苷酸位点G-T 的变异,探讨Wxh调控直链淀粉含量的分子机理。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

前期研究表明,籼稻突变体XLA-1低直链淀粉性状由非Wx低直链淀粉突变基因控制。本项目在前期研究基础上,利用特异性功能引物鉴定XLA-1含有的突变基因与野生型Wx基因差异;运用遗传学手段明确XLA-1低直链淀粉突变基因与Wx基因的互作关系,阐明其遗传机理;利用分子生物学手段定位XLA-1低直链淀粉突变基因,并获得与其紧密连锁的分子标记,为水稻品质改良提供理论依据和种质材料。

科学性、先进性及独特之处

科学性:Wx基因编码的淀粉合成酶是直链淀粉合成的关键酶。利用非Wx低直链淀粉基因资源,由于遗传重组的存在,在杂交后代中可以较快得到中等直链淀粉含量的纯合体。先进性:本实验室利用空间诱变技术,经过长期观察筛选,已经得到多个籼型低直链淀粉含量突变体,这些突变体的获得为深入阐明水稻直链淀粉调控机理奠定了材料基础。独特之处:本研究材料为籼型非Wx低直链淀粉调控基因,目前国内有关籼稻低直链淀粉研究报道较少。

应用价值和现实意义

水稻是禾本科作物基因组研究的模式植物,目前在水稻中已经报道的淀粉合成相关基因有20多个, 但这些基因如何相互作用调控淀粉的含量与结构尚未明确发现,因此,非Wx低直链淀粉基因的精细定位和克隆对研究禾本科作物的淀粉合成机理和品质育种具有重要的意义。可根据此结果育出稳定遗传的直链淀粉含量低的水稻品种,若用于生产则大大地解决了人们对于米饭口感品质的要求。

学术论文摘要

摘要:在前期研究基础上,本研究以低直链淀粉突变体XLA-1为材料,利用SSR标记与作图群体,在第6染色体上端定位了一个非Wx基因lac(暂命名),该基因位于SSR标记RM19288、RM19297之间,遗传距离分别为5.05cM和4.1cM,且位于Wx基因的上端。通过与已定位的低直链淀粉突变基因位置比对,初步表明lac为一新的籼稻低直链淀粉含量基因。通过该基因的获得,丰富了籼稻的低直链淀粉基因资源,也为该基因的精细定位和图位克隆研究打下了良好的基础

获奖情况

本作品于2011年3月获校级“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛二等奖

鉴定结果

(1)明确XLA-1低直链淀粉突变特性遗传机理; (2)将籼型非Wx低直链淀粉突变基因lac定位于两个分子标记间,遗传距离均小于5cM。

参考文献

[1] 胡培松, 翟虎渠, 万建民,等. 中国水稻生产新特点与稻米品质改良. 中国农业科技导报, 2002, 4(4):33-39. [2] I. Mikami , N. Uwatoko, Y. Ikeda, et al. Allelic diversification at the wx locus in landraces of Asian rice. Theor Appl Genet, 2008, 116:979-989. [3] 何凤华,曾瑞珍,席章营,等.不同Wax 基因型水稻的遗传多样性.分子植物育种,2003,1(2):179-186. [4] 舒庆尧,吴殿星,夏英武,等.籼稻和粳稻中蜡质基因座位上微卫星标记的多态性及其与表观直链淀粉含量的关系.遗传学报,1999,26(4):350-358. [5] 张建勇,陈德全 李仕贵,马玉清,等 。利用分子标记鉴定水稻品种的Wx等位基因及其与直链淀粉含量的关系 作物学报 2005,04 [6] 包劲松 舒庆尧 吴殿星等 水稻Wx基因(CT)n微卫星标记与稻米淀粉品质的关系研究 农业生物技术学报 2000.8(3)241-244

同类课题研究水平概述

根据与Wx基因等位性关系的不同,可将目前已报道的低直链淀粉含量突变体分为与Wx等位和非等位两大类。其中Wx-mq,Wxop等属于与Wx等位的低直链淀粉含量基因,而du,lam(t)等属于与Wx非等位的基因。Wx-mq发现于日本培育的低直链淀粉栽培品种Milky Queen中,经研究控制Milky Queen的低直链淀粉含量的基因是1个Wx的等位基因,并命名为Wx-mq[3],Wx-mq基因已被克隆。 du基因是独立于Wx的隐性单基因,该类型突变基因表型胚乳均为半透明,现已发现8个du基因,分别命名为du-1,du-2,du-3,du-4,du-5,du(EM47),du(2120)和du(2035),其中du(2035), du(EM47)位于第6染色体,du-4 du-1 du(2120)分别位于第4,7,9染色体上[6-8]。lam(t)基因来源于北海道品种Shiokari,该基因为与Wx不等位的隐性单基因,位于第9染色体[4]。我国云南软米品种毫屁、毫皮、毫木细和毫安闷的低直链淀粉性状均由Wx复等位基因Wxhp控制[9]。目前du-1基因已被克隆[10],尚未见到其它与Wx非等位低直链淀粉基因的克隆报道。 对于水稻直链淀粉含量变化的分子机理,目前的研究主要集中于Wx复等位基因,有关非Wx低直链淀粉基因的调控机理研究较少。水稻中主要存在Wxa和Wxb两种等位基因[11],Wxa等位基因广泛存在于籼稻,而Wxb等位基因主要存在于粳稻中。已有研究表明Wxa和Wxb的蛋白积累量主要和第一内含子的剪接效率有关[12],Aryes等[13]设计了SNP标记484/w2r用于分析直链淀粉含量变异。另外,该剪接位点上游存在一个(CT)n重复序列,序列重复次数与直链淀粉含量具有很高的相关性,籼稻品种(CT)n重复次数相对较少,粳稻相对较多,并根据此序列设计了特异性微卫星引物484/485[14]。 在有关低直链淀粉合成调控机理方面,Zeng等[9]通过图位克隆的方法得到了Du-1基因的全长序列,分析表明,du-1基因与其野生型在第一外显子(+1742)处存在一个碱基替换(碱基G突变为A),从而导致了氨基酸序列错义突变(丝氨酸突变为天门冬氨酸),功能研究表明du-1可能是一个淀粉合成的调节因子,通过影响Wxb基因前体mRNA的剪接效率而降低直链淀粉含量。
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