水稻脆稈突變體bc16的遺傳分析和基因精細(xì)定位.pdf

1、莖稈強(qiáng)度作為一種重要的農(nóng)藝性狀，與植株的抗倒性密切相關(guān)。已有的研究表明，引起水稻倒伏的主要原因是莖稈機(jī)械強(qiáng)度不足。作為植株骨架的細(xì)胞壁，其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量與植株的機(jī)械強(qiáng)度密切相關(guān)。
　　脆稈突變體屬于一類纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量改變，莖稈機(jī)械強(qiáng)度降低的突變體，可作為研究水稻莖稈強(qiáng)度和抗倒伏機(jī)理的重要材料。同時(shí)，由于脆稈突變體細(xì)胞壁的獨(dú)特構(gòu)成，其有可能成為一種新型牧業(yè)飼料和合成燃料乙醇的原料。目前，在水稻中已發(fā)現(xiàn)了多

2、個(gè)脆稈突變體，相關(guān)脆稈基因如BC1-8、BC10-12、BC14-15等參與了纖維素的代謝，現(xiàn)多數(shù)已被精細(xì)定位和克隆。因此，深入開(kāi)展水稻脆稈突變體的分子機(jī)理研究，有助于進(jìn)一步揭示植株機(jī)械強(qiáng)度變化機(jī)理，在水稻育種中具有重要的理論和實(shí)際意義。本研究利用日本晴經(jīng)EMS（甲基磺酸乙酯）誘變處理后獲得的一個(gè)脆稈突變體，命名為bc16（brittle culm16)，進(jìn)行了脆稈性狀的的遺傳分析和基因的精細(xì)定位。主要結(jié)果如下:
　　1.突變體b

3、c16莖稈和葉片的脆性在苗期就能表現(xiàn)，且具有株高變矮、主根和穗長(zhǎng)變短、穗粒數(shù)減少、抽穗和成熟期推遲等特點(diǎn)。
　　2.在莖稈細(xì)胞壁成分方面，突變體bc16的莖稈纖維素含量比野生型降低36.9％，而半纖維素含量則增加了23.6％，木質(zhì)素含量在兩者之間差異不明顯。
　　3.倒置熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，突變體bc16的薄壁細(xì)胞形狀無(wú)規(guī)則、排列紊亂，表皮層下厚壁組織的細(xì)胞壁比野生型要薄。透射電鏡下觀察到突變體bc16厚壁細(xì)胞次生壁和薄壁細(xì)

4、胞壁的厚度也要比野生型薄。
　　4.突變體bc16與野生型日本晴雜交的遺傳分析表明，在F2中正常株與突變株分別為120株和38株，x2=0.08＜x20.05=3.84，符合3∶1的比例，說(shuō)明突變體bc16的脆稈性狀受一對(duì)隱性基因控制。
　　5.利用圖位克隆的方法，bc16基因初定位于Indel標(biāo)記2-B和2-E之間，精細(xì)定位于水稻第2號(hào)染色體長(zhǎng)臂端Indel標(biāo)記2-F和2-H間66.6Kb的物理區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間共有7個(gè)候選基

5、因，其中Os02g0738900參與次生壁纖維素合成，認(rèn)為是bc16最佳候選基因。測(cè)序結(jié)果表明，bc16突變體中的Os02g0738900基因從ATG開(kāi)始第5113位，在第13內(nèi)含子近末端發(fā)生了T→A的置換，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過(guò)程中該內(nèi)含子末端6個(gè)核苷酸被剪切到mRNA中，最終導(dǎo)致翻譯提前終止。實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果表明Os02g0738900基因在bc16脆稈突變體根、莖、葉中的表達(dá)量降低。bc16基因可能是通過(guò)調(diào)控厚壁組織次生細(xì)胞壁和薄壁細(xì)胞