水稻淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久资澄镀焚|(zhì)影響的研究.pdf

1、水稻是我國乃至世界的重要糧食作物，其品質(zhì)改良特別是食味品質(zhì)改良已成為水稻育種的重要內(nèi)容。直鏈淀粉含量(amylosecontent，AC)是決定稻米食味品質(zhì)的最重要的指標(biāo)，但是，直鏈淀粉含量相似的品種，其食味品質(zhì)的差異仍然較大，鑒別這種差異的方法之一便是測定稻米的淀粉粘滯性譜(RVA譜)。許多研究表明，RVA譜可以用來評價稻米食味品質(zhì)；AC與RVA譜的評價相結(jié)合可以提高后代選擇的準(zhǔn)確率。但是，這種表型選擇工作十分繁重，并且，稻米食味品質(zhì)

2、的遺傳特性非常復(fù)雜，因此，稻米食味品質(zhì)育種的表型選擇的效率是很低的。分子生物學(xué)的發(fā)展為稻米品質(zhì)改良提供了有力手段，分子標(biāo)記輔助選擇是稻米品質(zhì)改良的有效途徑。 食用精米的90％是淀粉，因而淀粉品質(zhì)與食味品質(zhì)直接關(guān)聯(lián)。稻米淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉由Wx基因編碼的顆粒結(jié)合淀粉合成酶(Granuleboundstarchsynthase，GBSS)以ADP-葡萄糖為底物催化合成；支鏈淀粉由可溶性淀粉合成酶(Solubles

3、tarchsynthase，SSS)、淀粉分支酶(Starchbranchingenzyme，SBE)、去分支酶(Debranchingenzyme，DE)以ADP-葡萄糖為底物協(xié)同催化合成，其中每一種酶又具有多種同工型(isoform)。因此，明確編碼這些酶的基因與食味品質(zhì)的關(guān)系，就可以根據(jù)這些基因序列(或cDNA序列)設(shè)計(jì)基因標(biāo)簽分子標(biāo)記，發(fā)掘這些基因座的等位基因，直接用于分子標(biāo)記輔助育種。 基于以上考慮，我們研究了不同生態(tài)

4、型品種間直鏈淀粉含量的變異及其遺傳特點(diǎn)，并以一個回交群體(蘇御糯為供體，桂朝2號為輪回親本)和一個DH群體(巴利拉為母本，南京11為父本)為材料，研究了淀粉合成相關(guān)基因包括Wx、Sbe1、Sbe3、Sbe4、Isa、Pul、Sss1、SssⅡ-1、SssⅡ-3、SssⅢ-1、SssⅢ-2、SssⅣ-1、SssⅥ-2對稻米淀粉RVA譜特征的影響，表明，Wx基因是影響稻米淀粉RVA譜的最重要的基因；該基因座存在有等位性變異；另外，我們還研究

5、了支鏈淀粉合成相關(guān)基因座包括Sbe1、Sbe3、Isa、Pul、Sss1、SssⅡ-3、SssⅢ-1的秈粳等位基因的轉(zhuǎn)錄水平的差異。以此為基礎(chǔ)，討論了稻米直鏈淀粉含量的育種策略。 1、水稻不同生態(tài)型品種間直鏈淀粉含量的變異及其遺傳分析以250個具有代表性的水稻品種和一個秈粳交(巴利拉/南京11)DH群體為材料，研究了直鏈淀粉含量在不同生態(tài)型品種間和DH系間的變異，用AccI-PCR標(biāo)記檢測了Wx基因座的基因型。結(jié)果表明：在供試的

6、250個水稻品種中直鏈淀粉含量存在著明顯差異，分布在9.2％～29.2％之間，帶有Wxb等位基因的品種直鏈淀粉含量在9.2％～19.0％，帶有Wxa等位基因的品種直鏈淀粉含量在17.5％～29.2％。在DH系間直鏈淀粉含量的變幅在8.4％～28.3％，帶有Wxb等位基因的DH系直鏈淀粉含量在8.4％～17.7％，帶有Wxa等位基因的DH系直鏈淀粉含量在19.4％～28.3％。說明無論是帶有Wxb等位基因的品種還是帶有Wxa等位基因的品種

7、，直鏈淀粉含量適宜的品種都是存在的。進(jìn)一步以250份品種和一個DH群體(巴利拉/南京11)為材料分析了Wx基因的遺傳效應(yīng)，表明Wx基因?qū)χ辨湹矸酆康呢暙I(xiàn)率分別為77.9％和91.4％，說明，稻米直鏈淀粉含量主要由Wx基因控制，同時還受到其它基因的影響。因此，稻米的直鏈淀粉含量的改良過程中，首先應(yīng)根據(jù)育種目標(biāo)選擇適宜親本，從雜種早代(如F2或F3代)開始對擬選單株Wx基因座的等位基因類屬進(jìn)行鑒別，并于隨后的世代對直鏈淀粉含量進(jìn)行測定和跟

8、蹤，如此進(jìn)行，可以提高品質(zhì)育種的研究效率。 2、水稻淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久識VA譜特征影響的研究以優(yōu)質(zhì)粳型糯稻蘇御糯為供體，品質(zhì)較差的秈稻桂朝2號為輪回親本，構(gòu)建了BC2F4群體，研究了淀粉合成相關(guān)基因包括Wx、Sbe1、Sbe3、Isa、Pul、Sss1等對稻米淀粉RVA譜特征的影響。結(jié)果表明：Wx基因?qū)VA譜的8個特征值的表現(xiàn)均起主要作用，對支鏈淀粉合成相關(guān)基因Sbe1、Sss1、SssⅡ-3和SssⅢ-1表現(xiàn)有明顯的上位

9、性效應(yīng)。在糯稻遺傳背景下，分支酶基因Sbe1和可溶性淀粉合成酶基因Sss1、SssⅡ-3和SssⅢ-1都可對RVA譜特征發(fā)生顯著影響，其中尤以SssⅡ-3的作用最為明顯。 3、水稻淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久識VA譜影響的再研究以巴利拉/南京11的DH群體為材料，研究了淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久識VA譜的效應(yīng)。結(jié)果表明，Wx基因?qū)KV、HPV、BDV、CPV、SBV、CSV和PeT都具有極顯著的效應(yīng)，能分別解釋6.1％、49.3％、28

10、.8％、65.7％、80.2％、70.0％和9.9％的表型變異；SssⅡ-3基因?qū)eT的效應(yīng)和SssⅣ-2基因?qū)DV的效應(yīng)也顯著地檢測到，能分別解釋41.6％和10.8％的表型變異。環(huán)境通過與基因的互作顯著地影響除PeT外的RVA譜的所有特征值，其中，對PKV的影響最大，它與Pul的互作能解釋表型變異的43.4％。淀粉合成相關(guān)基因間的互作也普遍被檢測到，其中，Wx基因與支鏈淀粉合成相關(guān)基因的互作更為普遍；對RVA譜的8個特征值來說，

11、除PKV和PaT外，都檢測到了至少1對基因互作對它們具有明顯的效應(yīng)。 4、水稻W(wǎng)x基因的等位性變異及其與稻米直鏈淀粉含量的關(guān)系以具有廣泛代表性的259份水稻品種(系)為材料，檢測了Wx基因座上三個位點(diǎn)(引導(dǎo)序列中的(CT)n、第一內(nèi)含子+1位和第一內(nèi)含子中的(AATT)n)的變異。結(jié)果表明，259份材料中共檢測到(CT)n重復(fù)數(shù)有8、10、11、14、17、18、19、20八種變異類型；第一內(nèi)含子+1位堿基有G/T兩種變異類型；

12、(AATT)n重復(fù)數(shù)有4、5、6三種變異類型。三個位點(diǎn)的組合共17種變異類型，它們的頻率相差很大，最高的是18-T-5，頻率為0.347，其次的是11-G-6，頻率為0.236。Wx基因的第一內(nèi)含子+1位堿基為G(Wxa)的變異類型與為T(Wxb)的變異類型之間，直鏈淀粉含量的差異達(dá)極顯著水平，但是，Wx基因座上(CT)n和(AATT)n對稻米直鏈淀粉含量是否具有明顯的效應(yīng)，本研究得不出讓人置信的結(jié)論。因此，可以明確的非糯水稻W(wǎng)x基因座

13、的等位基因有兩個：Wxa和Wxb。 5、支鏈淀粉合成相關(guān)基因座秈粳兩種等位基因的轉(zhuǎn)錄水平的差異分析從以秈稻桂朝2號為輪回親本、粳稻蘇御糯為供體親本的BC3F2群體中，篩選獲得了支鏈淀粉合成相關(guān)基因座Sbe1、Sbe3、Pul、Isa、Sssl、SssⅡ-3、SssⅢ-1分別為秈粳等位基因的成對近等基因系，并構(gòu)建了它們的等基因池。運(yùn)用熒光實(shí)時定量RT-PCR技術(shù)，研究了在非糯性遺傳背景下，這7個基因座上秈粳兩種等位基因在花后第14

14、天的轉(zhuǎn)錄水平差異，結(jié)果表明：SssⅢ-1、Sbe3和Isa基因座上秈粳兩種等位基因的表達(dá)差異都達(dá)到極顯著水平；Sss1基因座上秈粳兩種等位基因的表達(dá)差異達(dá)到顯著水平；Pul、Sbe1和SssⅡ-3基因座上秈粳兩種等位基因的表達(dá)差異都未達(dá)到顯著水平。并且，SssⅢ-1和Sbe3基因座上秈型等位基因的轉(zhuǎn)錄水平比粳型的高；Isa和Sss1基因座上秈型等位基因的轉(zhuǎn)錄水平比粳型的低。秈粳兩種等位基因的表型(RVA譜特征)凡是有顯著差異的，它們的轉(zhuǎn)