調(diào)控水稻異倍性雜交種子敗育的相關(guān)基因分析.pdf

1、植物異倍性雜交后，其后代在抗旱、抗病、抗蟲、株高、開花期、生育期、器官大小等方面都表現(xiàn)出超親本的優(yōu)良特性。然而水稻異倍性雜交后，往往不能夠產(chǎn)生正常發(fā)育的種子，其種子干癟、敗育。MADS29是控制水稻種子飽滿程度的一個(gè)基因，其通過調(diào)控母體組織細(xì)胞的退化和維持體內(nèi)激素的平衡來影響種子的發(fā)育。在抑制MADS29的表達(dá)時(shí)，導(dǎo)致種子干癟、敗育。本文通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)技術(shù)研究MADS29等相關(guān)基因與水稻異倍性雜交種子敗育之間的

2、關(guān)系，可以為水稻近緣物種的合理有效利用提供依據(jù)。
　　本實(shí)驗(yàn)以2份二倍體(2n)\2份四倍體(4n)水稻材料構(gòu)建4個(gè)自交組合（對(duì)照）和8個(gè)雜交組合（正反交）。通過分析花粉粒育性、花粉管萌發(fā)及伸長(zhǎng)、種子發(fā)育、以及MADS29等相關(guān)基因的表達(dá)情況，探討MADS29等種子發(fā)育相關(guān)基因是否參與水稻異倍性雜交種子敗育的調(diào)控。其主要結(jié)果如下:
　　1、水稻2n和4n雜交均不能獲得正常發(fā)育的種子。具體表現(xiàn)為:在授粉后3天(3 DAP)，異

3、倍性雜交種子與自交種子相比，其表型沒有明顯差異，從6 DAP開始變癟，并一直延續(xù)到后期(25 DAP)。在成熟期，退化嚴(yán)重的雜交種子僅剩一層薄薄的種皮，種子內(nèi)部幾乎無任何內(nèi)含物。
　　2、對(duì)花粉粒育性和授粉后花粉管萌發(fā)及伸長(zhǎng)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn):(1)水稻2n和4n的花粉均可育，其花粉可染率分別為83.64％和71.36％;(2)授粉后各組合的花粉管均能夠萌發(fā)并正常地伸入到胚珠基部。表明水稻異倍性雜交均能完成正常的雙受精作用。
　

4、　3、通過石蠟切片對(duì)水稻2n和4n異倍性雜交種子的胚乳發(fā)育進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)3DAP，4n×2n的胚乳發(fā)育相對(duì)較快，已經(jīng)處于細(xì)胞化晚期，其胚乳細(xì)胞緊密聚集，且數(shù)量較少;而2n×4n胚乳發(fā)育相對(duì)滯后，一直處在合胞體期，其游離核不斷分裂，胚乳內(nèi)部開始出現(xiàn)少許空泡。
　　4、通過掃描電鏡對(duì)水稻2n和4n雜交后各組合的成熟種子的淀粉顆粒形態(tài)進(jìn)行觀察，結(jié)果表明水稻2n的種子，其淀粉顆粒大且呈規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu)，排列緊密;4n的種子，其淀粉顆粒排列

5、也相對(duì)緊密，但形態(tài)偏圓;而2n×4n和4n×2n雜交種子與2n和4n的自交種相比，其淀粉顆粒小且圓，排列松散。
　　5、通過RT-PCR和qRT-PCR對(duì)MADS29在不同組織中的表達(dá)情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明MADS29在2n和4n種子中高度表達(dá)，其表達(dá)量具體為:3 DAP＞6 DAP＞8 DAP，而在根、莖、葉等組織中幾乎不表達(dá)，這與前人研究結(jié)果相吻合。另外，MADS29在水稻2n和4n種子中的相對(duì)表達(dá)量無明顯差異。
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6、、通過qRT-PCR技術(shù)分析MADS29等相關(guān)基因在水稻2n和4n雜交種子的不同發(fā)育時(shí)期的表達(dá)情況，結(jié)果顯示:(1) MADS29在6 DAP的雜交種子中的相對(duì)表達(dá)量均高于對(duì)照種子，最高可達(dá)9.82倍;8DAP，其相對(duì)表達(dá)量仍遠(yuǎn)高于對(duì)照種子，且其相對(duì)表達(dá)量在雜交種子中為:8 DAP＞6 DAP。(2)淀粉合成相關(guān)基因(AGPL2、AGPS2b)在6 DAP和8 DAP的雜交種子中的相對(duì)表達(dá)量基本上均低于對(duì)照種子，且其相對(duì)表達(dá)量在對(duì)照飽滿

7、種子中具體表現(xiàn)為:8 DAP＞6 DAP，而在雜交癟種子中的相對(duì)表達(dá)量則為:6 DAP＞8 DAP。(3)6 DAP和8 DAP，生長(zhǎng)素基因（IAA1、IAA19）和母體組織細(xì)胞程序性死亡(PCD)相關(guān)基因(LOC_Os06g17970、LOC_Os05g31570)在雜交種子中的相對(duì)表達(dá)量也均高于對(duì)照種子。
　　7、通過qRT-PCR分析MADS29和淀粉合成相關(guān)基因(AGPL2、AGPS2b)在A-MADS29（RNAi-MA

8、DS29中花11）×DH(4n)和中花11×DH(4n)的雜交種子中的表達(dá)情況。結(jié)果表明，在6DAP和8 DAP時(shí)，與中花11×DH的雜交種子相比，MADS29在A-MADS29×DH的雜交種子中的相對(duì)表達(dá)量下調(diào);而6 DAP，兩個(gè)淀粉合成相關(guān)基因在A-MADS29×DH的雜交種子中的相對(duì)表達(dá)量上調(diào)。
　　綜上所述，水稻2n和4n異倍性雜交，其胚乳發(fā)育異常，而MADS29基因高表達(dá)，生長(zhǎng)素基因和母體組織PCD相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，淀粉