水稻籽粒葉酸含量QTL分析及生物強化.pdf

1、葉酸(維生素B9族)含量是稻米重要營養(yǎng)品質(zhì)性狀之一。本文從控制葉酸含量的數(shù)量性狀位點分析和外源基因表達開展稻米葉酸強化研究。針對水稻種質(zhì)資源進行高葉酸種質(zhì)篩選,并考察了儲藏時間和蒸煮對稻米葉酸含量的影響；通過利用Lemont／特青RIL群體和Koshihikari×Kasalath BIL群體進行了稻米葉酸含量QTL分析;利用擬南芥來源的7個葉酸合成途徑相關(guān)基因進行水稻葉酸生物合成代謝改造,同時對水稻內(nèi)源葉酸生物合成途徑基因的表達與調(diào)控

2、進行分析,主要研究結(jié)果如下:
　　 1.利用優(yōu)化的三酶法和微生物法對78份水稻種質(zhì)資源進行葉酸含量測定。不同品種的糙米和精米葉酸含量變化范圍分別為13.3～111.4μg／100g和10.3～77.7μg／100g。朝陽早18,特青,大白谷13及青豐矮為高葉酸含量品種,其糙米葉酸含量均大于100μg／100g。儲藏和蒸煮過程使稻米葉酸含量分別損失了23％和48.3％。地方品種老鼠牙在蒸煮后葉酸含量最高(26.3μg／100g),

3、如果以每日人均食用400 g的米飯進行計算,它可以為人們提供每日推薦食用量的25％葉酸(國際推薦成人服用葉酸用量為400μg／100g)。因此,今后可望通過進一步篩選高葉酸種質(zhì)用于水稻營養(yǎng)品質(zhì)常規(guī)育種。
　　 2.利用Lemont／特青重組自交系群體在2009～2010年2個環(huán)境中檢測到2個葉酸含量相關(guān)QTL(qFC-3a和qFC-3b),其中qFC-3b位點在兩年中穩(wěn)定表達,貢獻率平均為13.4％。利用Koshihikari／

4、Kasalath／／Koshihikari回交重組自交系群體在2010年檢測到1個葉酸含量相關(guān)QTLqFC-3c,其貢獻率為24.8％,該群體中不同位點間存在上位性互作。
　　 3.在T2代轉(zhuǎn)基因陽性植株中,系統(tǒng)分析了擬南芥來源的7個葉酸合成途徑相關(guān)基因?qū)λ救~酸生物強化的作用,主要包括以下三種類型:(1)過表達AtGCH1,AtDHFS和AtFPGS基因能夠提高種子葉酸含量,相對于野生型分別提高了265.8％～505.4％,8

5、.0％～17.0％和1.2％～21.2％,然而其葉片平均葉酸含量分別降低32.3％,20.2％和0.8％；(2)過表達AtDHNA和AtADCL基因使種子平均葉酸含量比野生型分別降低10.5％和12.9％,AtADCL轉(zhuǎn)基因株系的葉片平均葉酸含量相對野生型降低21.8％；(3)AtHPPK和AtDHFR轉(zhuǎn)基因株系的種子平均葉酸含量均與野生型無顯著差異,但是AtHPPK基因的一個轉(zhuǎn)基因株系A(chǔ)263-10,其種子平均葉酸含量相對野生型提高9

6、.4％,過表達AtHPPK和AtDHFR基因使葉片平均葉酸含量分別比野生型降低了25.5％和27.0％?？梢?異源表達擬南芥基因AtGCHI,AtDHFS和AtFPGS對種子葉酸含量的提高具有正向效果,過表達其它基因不利于種子葉酸含量的積累或起負向作用。
　　 4.水稻幼根、幼莖、幼葉,成熟根、莖、葉、25DPA的胚與胚乳均具有從頭合成葉酸的能力。這些組織中的內(nèi)源葉酸含量從高至低依次為幼葉>成熟葉片>胚>幼根>幼莖>成熟根>成熟

7、莖>25天胚乳。水稻種子發(fā)育10～30DPA過程中總?cè)~酸含量依次降低。而種子葉酸合成途徑基因的表達與其葉酸含量變化趨勢不同。單拷貝基因OsGCHI,OsDHFS和種子優(yōu)勢表達基因之一OsDHNAⅢ在種子發(fā)育10～30DPA過程中表達逐漸升高而后下降。其它種子優(yōu)勢表達基因OsADCLⅠ和OsFPGSⅠ與單拷貝基因OsADCS和OsHPPK的表達趨勢一致,即隨著種子的發(fā)育表達量逐漸增加,并在種子發(fā)育30DPA時達到最高。OsDHFRⅠ基因在

8、種子發(fā)育不同時期(10～30DPA)呈現(xiàn)組成型表達的特點,OsDHFRⅡ隨著種子發(fā)育表達量迅速下降。OsDHNAⅠ,OsDHNAⅡ和OsFPGSⅡ基因在種子發(fā)育過程中無顯著變化。因此單拷貝基因OsGCHI,OsDHFS,OsADCS和OsHPPK,種子優(yōu)勢表達基因OsDHNAⅢ,OsADCLⅠ和OsFPGSⅠ及持續(xù)高表達的OsDHFRⅠ,基因可能在種子葉酸從頭合成過程中具有重要作用。
　　 5.水稻葉酸合成途徑內(nèi)源基因受葉酸變化

9、水平的調(diào)控。轉(zhuǎn)化AtGCHI基因(擬南芥來源的GTP環(huán)化脫羧酶基因)的水稻轉(zhuǎn)基因株系中,種子葉酸含量比野生型提高了3.7～6.1倍,其內(nèi)源基因OsDHNAⅡ,ADCS和FPGSⅠ,Ⅱ的表達量較野生型顯著降低。葉片葉酸含量比野生型平均降低32.3％,而其內(nèi)源基因OsGCHI,OsADCS,OsADCLⅡ,OsHPPK,OsFPGSⅠ和OsFPGSⅡ均有顯著提高。因此,水稻葉酸合成途徑的調(diào)控可能存在反饋調(diào)節(jié)機制,受葉酸含量影響而產(chǎn)生表達量變