水稻白穗突变体wp6的发现及研究

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:itliutao123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要{目的]研究水稻穗部叶绿体发育的分子机制。{方法]本文以籼型恢复系RH003的自然突变体wp6为研究材料,从农艺性状、稻米品质和叶绿素含量比较了突变体和野生型,并以突变体与日本晴、9311杂交构建F2群体来研究wp6的遗传模式。{结果]突变体整株叶片呈绿色,抽穗期至成熟期,穗部白色,穗轴和小梗为绿色。与野生型相比,wp6的生育期、株高、有效穗数、每穗总粒以及每穗实粒略高,而wp6的结实率(66.85%)则远低于野生型RH003的82.40%。成熟期米质分析表明,突变体的外观品质和蒸煮食味比野生型略差。苗期突变体和野生型叶片叶绿素含量差异不大,抽穗期时突变体白穗性状是由于叶绿素a含量低所致。对wp6与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明,该性状受1对隐性核基因调控。{结论]该研究为wp6基因的定位、克隆和功能研究奠定基礎,也为水稻标记性状育种提供新的资源。
  关键词水稻(OryzasativaL.);白穗突变体;叶绿体;遗传分析
  中图分类号S  511文献标识码
  A文章编号0517-6611(2018)36-0029-03
  随着世界人口的持续增长,特别是随着气候干旱和自然灾害的频繁发生,提高光合效率已经成为作物育种的重要目标{1]。叶绿素(Chlorophyll,Chl)是植物叶绿体内参与光合作用的重要色素,叶绿素合成缺陷突变是一类明显的性状突变。高等植物中叶绿素包括叶绿素a(chlorophylla)和叶绿素b(chlorophyllb)2种,叶绿素生物合成从L-谷氨酰-tRNA到叶绿素a,叶绿素a再经叶绿素酸酯a加氧酶氧化即形成叶绿素b,整个生物合成过程需要15步反应,涉及15种酶,在拟南芥中已分离了27个编码这些酶的基因{2-3],水稻中有17个编码这些酶的基因。整个合成过程主要分为2个部分:从L-谷氨酰-tRNA到原卟啉Ⅸ(protoⅨ)的生物合成和原卟啉Ⅸ(protoⅨ)到叶绿素的生物合成{4]。叶绿素合成途径中,任何一个基因的突变都可能会导致叶绿素合成受阻,改变其含量,从而形成不同程度和不同表型的叶色变化{5-7]。目前,水稻中已发现和鉴定了160多个关于叶色的突变体,包括黄花、浅绿、白化及紫色等性状{8-10]。与叶片相比,尽管水稻穗部叶绿体色素含量相对要少、光合效率低,但穗部光合作用对水稻产量和品质的影响程度及穗部叶绿体发育的分子机理尚不清晰。有研究表明,在抽穗期对水稻穗部分别套不透明和透明袋,套不透明袋的水稻千粒重和结实率都明显低于套透明袋{11]。另外,在育种方面,标记性状的应用越来越受到重视,穗部突变体的穗部颜色可有效应用于不育系和杂交水稻的品种纯度鉴定,有效降低了机械化制种的成本{12]。
  笔者从优良籼型两系恢复系RH003获得1个新的白穗突变体wp6,暂命名为wp6(whitepanicles6),对该新白穗突变体的表型特征、主要农艺性状和稻米品质以及遗传模式进行了观察和分析,旨在为水稻白穗突变体wp6的基因定位、克隆和功能研究以及在育种上的应用奠定基础。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  白穗突变体wp6系从优良两系恢复系育种材料RH003中获得,已种植多个世代,穗部白化表型等农艺性状在合肥、海南两地都能稳定遗传。突变体整株叶片呈绿色,抽穗期至成熟期穗部白色,穗轴和小梗为绿色,以野生型品种RH003为对照。
  1.2wp6表型特征观察及主要农艺性状调查
  试验于2016年在安徽省农业科学院水稻研究所国家水稻育种改良分中心(合肥)的网室进行。5月1日播种,5月30日移栽,单本种植,株行距20cm×20cm,采用随机区组设计,田间种植,3次重复,每个小区10行,每行11株,按正常田间肥水管理,及时防治水稻病虫害。根据叶龄,全生育期观察供试材料叶色变化情况,抽穗期之后每隔1d记载穗部颜色。
  供试水稻品种成熟后,排除边际效应,分别从每行第3株开始连续取5株叶突变体和野生型晾干考种,测定对照及各处理品种产量及其构成因素,调查生育期、株高、有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重等主要农艺性状。
  1.3稻米品质的测定
  测定前剔除空秕粒,根据中华人民共和国农业部颁布的标准NY/T593—2013{13]测定米粒的长宽比、垩白率、垩白度和透明度以及稻米的胶稠度和碱消值;直链淀粉含量采用瑞典FOSS流动注射分析仪测定。
  1.4光合色素含量测定
  采用丙酮浸提的方法提取色素,抽穗期时,取抽穗期RH003和wp6材料的剑叶(完全伸展开)叶片和幼穗,称量约30~200mg后剪碎,置于相应体积的80%丙酮中,室温避光放置24h,中间多次混匀。5000r/min离心10min,吸取上清液,用紫外可见分光光度计(Spectrumlab752Pro)分别测定663、645和470nm处的吸光值,参照Lichtenthaler{13]的方法计算叶片单位质量叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素x(Chlx)的含量,公式如下:
  1.5wp6的遗传分析
  于2015年3月在海南三亚用白穗突变体wp6分别与正常穗部颜色水稻品种日本晴和9311正反交得到4个F1(wp6/日本晴,日本晴/wp6;wp6/93-11,93-11/wp6),种植F1获得F2。于2016年5月2日在安徽省农业科学院水稻研究所国家水稻育种改良分中心进行播种,6月1日移栽,单本种植。抽穗期时,观察和统计F2群体中突变表型和正常表型的植株数,计算分离比,应用孟德尔遗传规律进行遗传分析,通过x2测验,推断wp6的遗传模式。
  1.6数据处理数据处理采用MicrosoftExcel2007软件和SPSS19.0统计分析软件进行统计分析。图表中数据均为3次重复的平均值。   2结果与分析
  2.1wp6的表型特征及主要农艺性状
  通过田间观察,野生型的叶片全生育期都为绿色,抽穗期穗部颖壳为绿色,成熟期颖壳为金黄色。突变体wp6全生育期叶片均为绿色,穗部颖壳颜色从抽穗期到成熟期一直为白色。与野生型RH003相比,wp6的生育期、株高、有效穗数、每穗总粒以及每穗实粒略高,wp6的穗长和千粒重略低,而wp6的结实率(66.85%)明显低于野生型RH003的82.40%(表1)。
  2.2稻米品质比较
  成熟期对突变体和野生型的稻米外观品质和蒸煮食味进行比较(表2),与野生型RH003相比,突变体wp6的长宽比、胶稠度明显低。而wp6的垩白度、透明度、碱消值以及直链淀粉含量均高于野生型RH003。野生型和突变体稻米的胶稠度和直链淀粉含量相差较大。以上结果表明,突变体的外观品质和蒸煮食味比野生型略差。
  2.3叶绿素含量比较
  突变体和野生型在田间种植时,对苗期(4叶期)叶片的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素(Chlx)进行了检测(图1A),突变体和野生型叶片中的叶绿素a的含量均明显大于叶绿素b和类胡萝卜素,叶绿素a和类胡萝卜素的含量相近,而突变体叶片中的叶绿素b则低于野生型。突变体和野生型穗部抽出一半时,对穗部颖壳中的叶绿素a,叶绿素b和类胡萝卜素进行了检测(图1B),结果显示与野生型相比,突变体穗部颖壳中的叶绿素b含量略高,类胡萝卜素含量略低,而叶绿素a的含量则远低于野生型RH003。以上结果表明,突变体和野生型苗期叶片叶绿素含量差异不大,抽穗期时突变体白穗性状是由于叶绿素a含量低所致。
  2.4遗传分析
  突变体wp6分别与正常穗部颜色的水稻品种日本晴和9311进行正反交并种植,整个生育期,4个F1杂交种植株叶片均为绿色,抽穗期F1的穗部颜色均为绿色。抽穗期杂交组合wp6/日本晴和wp6/93-11的F2群体中正常穗部颜色植株与白穗植株分离十分明显,经x2检验均符合3∶1的分离比(表4),表明wp6的白穗性状由1对隐性核基因控制。
  3结论与讨论
  目前,关于水稻穗部失绿的突变体报道较少,Sanchez等{14]较早报道的白穗突变体wp1和wp2,主要特征大致相同,成熟植株穗表现为白色,植株基部3个叶片表现出白色条斑。不同的是wp1突变体的穗轴和小梗表现为绿色,wp2则表现出白色的穗轴和小梗,2个基因分别位于第7和第1染色体上。Song等{10]研究发现wlp1的表型受低温影响,在低温条件下,wlp1幼苗和穗部表现叶绿素缺陷。该基因被定位在第1染色体长臂上,编码核糖体L13蛋白质。金怡等{15]研究发现,wslwp的叶片苗期由白色转为条纹叶,随着植株的发育叶片颜色几乎恢复正常,至抽穗时颖壳颜色为白色,穗轴和小枝梗表现为绿色,穗粒成熟时变为黄色,叶绿素含量随叶色和颖壳颜色的变化发生了相应的变化,叶绿体发育表现出了明显的时间和组织特异性。该突变体被定位在第7染色体短臂上。Li等{16]鉴定了wp(t)是1个白穗突变体,少数叶片中脉呈现白色,控制该性状的基因已被定位在第1染色体上。王晓雯等{11]研究发现wp4全生育期叶色黄绿,抽穗灌浆期内外颖呈乳白色,穗轴颜色不变。颖壳中,wp4的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量均极显著下降,细胞内无明显的叶绿体结构,该基因已被定位在第8染色体上。该研究使用的穗部白化材料是优良籼型两系恢复系RH003的自然突变体,已种植多个世代,穗部白化表型等农艺性状表现稳定,突变体整株叶片呈绿色,抽穗期至成熟期穗部白色,穗轴和小梗为绿色,且性状不受温度影响。因此,推测突变体wp6是由新的位点突变引起。
  参考文献
  {1]牛丽芳,路铁刚,林浩.水稻高光效育种研究进展{J].生物技术进展,2014,4(3):153-157.
  {2]NAGATAN,TANAKAR,SATOHS,etal.IdentificationofavinylreductasegeneforchlorophyllsynthesisinArabidopsisthalianaandimplicationsfortheevolutionofprochlorococcusspecies{J].Theplantcell,2005,17(1):233-240.
  {3]NAGATAN,TANAKAR,TANAKAA.Themajorrouteforchlorophyllsynthesisincludes{3,8divinyl]chlorophyllideareductioninArabidopsisthaliana{J].PlantCellPhysiol,2007,48(12):1803-1808.
  {4]王平榮,张帆涛,高家旭,等.高等植物叶绿素生物合成的研究进展{J].西北植物学报,2009,29(3):629-636.
  {5]HARPAZSAADS,AZOULAYT,ARAZIT,etal.Chlorophyllaseisarate-limitingenzymeinchlorophyllcatabolismandisposttranslationallyregulated{J].Plantcell,2007,19(3):1007-1022.
  {6]MOULINM,MCCORMACAC,TERRYMJ,etal.TetrapyrroleprofilinginArabidopsisseedlingsrevealsthatretrogradeplastidnuclearsignalingisnotduetoMg-protoporphyrinIXaccumulation{J].ProcNatlAcadSciUSA,2008,105(39):15178-15183.   {7]LARKINRM,ALONSOJM,ECKERJR,etal.GUN4,aregulatorofchlorophyllsynthesisandintracellularsignaling{J].Science,2003,299(5608):902-906.
  {8]黃晓群,赵海新,董春林,等.水稻叶绿素合成缺陷突变体及其生物学研究进展{J].西北植物学报,2005,25(8):1685-1691.
  {9]陈德西,李婷,曲广林,等.水稻条斑和颖花异常突变体st-fon的鉴定与遗传分析{J].中国水稻科学,2012,26(6):677-685.
  {10]SONGJ,WEIXJ,SHAOGN,etal.ThericenucleargeneWLP1encodingachloroplastribosomeL13proteinisneededforchloroplastdevelopmentinricegrownunderlowtemperatureconditions{J].PlantMolBiol,2014,84(3):301-314.
  {11]王晓雯,蒋钰东,廖红香,等.水稻白穗突变体wp4的鉴定与基因精细定位{J].作物学报,2015,41(6):838-844.
  {12]周桂香,方玉,张从合,等.亲本具稃色差异两系杂交水稻新两优106混直播制种技术初探{J].杂交水稻,2014,29(3):30-32.
  {13]MinistryofAgricultureofthePeopsRepublicofChina.Cookingricevarietyquality:NY/T593—e2013{S].Beijing:ChinaStandardsPress,2013.
  {14]SANCHEZAC,KHUSHGS.Chromosomallocationofsomemarkergenesinriceusingprimarytrisomics{J].JHered,1994,85(4):297-300.
  {15]金怡,刘合芹,汪得凯,等.一个水稻苗期白条纹叶及抽穗期白穗突变体的鉴定和基因定位{J].中国水稻科学,2011,25(5):461-466.
  {16]LIHC,QIANQ,WANGY,etal.Characterizationandmappingofawhitepaniclemutantgeneinrice{J].ChinSciBull,2003,48(5):457-459.
其他文献
摘要{目的]初步探索水稻耐盐机制,筛选关键基因。{方法]从公共基因芯片数据库GEO(GeneExpressionOmnibus)搜索有关盐胁迫下水稻基因表达的数据,利用TAC(TranscriptomeAnalysisConsole)筛选表达差异基因,对差异基因进行GO(GeneOntology)富集分析、信号通路富集分析。{结果]在盐胁迫下,CSR11、PL177两种耐受型水稻与IR64、VSR
期刊
摘要{目的]为探索不同共生期对晚播稻茬麦的生长和产量形成的影响,{方法]以宁麦13为试验材料,研究了0共生和短共生稻套麦对小麦生长特性和产量及其构成因素的影响。{结果]短共生期稻套麦(共生期15d)会影响小麦植株生长、茎蘖动态和成穗。0共生稻套麦(共生期0d)对植株生长无显著差异,其基本苗、茎蘖数和成穗数均比较稳定,较对照显著提高。此外,短共生期会增加不孕小穗数,降低千粒重,产量较对照仅增加了0.
期刊
摘要 随着社会经济的高速发展,农村人民生活水平得到了极大的提高,生活垃圾也不断增加,导致人居环境恶化,严重制约了农村的可持续发展。调查了罗定市农村生活垃圾现状,结合欠发达地区农村的实际情况,提出了农村生活垃圾治理的相关对策。  关键词 农村;生活垃圾;治理;对策  中图分类号X799.3文献标识码  A文章编号0517-6611(2018)36-0067-03  改革开放以来,随着经济的高速发展,
期刊
摘要 在使用遥感技术估算植被覆盖度过程中,估算结果极易受到地形的影响,不同的估算方法受到的影响程度也不同。针对上述问题,选用SCS+C进行地形校正,并对比和定量分析了经地形校正后与未经地形校正及未经严格地形校正像元二分模型植被覆盖度估算结果的变化特征。结果表明,平地、丘陵估算结果受地形影响较小,3种方法估算结果相似;山地估算结果受到地形影响最大,存在显著性差异,其中阴坡估算结果整体性呈显著偏大趋势
期刊
摘要 {目的]科学估算和评价吉林省玉米秸秆产量及其各种利用途径的自然适宜性,明确玉米秸秆资源开发潜力和方向。{方法]通过实地调查、抽样试验和文献分析方法,确定玉米秸秆资源可收集利用系数,估算出吉林省玉米秸秆资源的可收集利用量,对玉米秸秆资源在五料(燃料、饲料、肥料、工业原料、食用菌基料)上的适宜性和其各自的可收集利用量做出定量或定性的评价。{结果]确定玉米秸秆草谷比为1.32。吉林省玉米秸秆的自然
期刊
摘要 {目的]利用改性后的农林废弃物橘子皮去除水中铬Cr(Ⅵ)。{方法]在吸附试验中研究吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始pH、温度及溶液初始浓度等因素对吸附性能的影响,通过正交试验,分析吸附剂最佳吸附条件。{结果]改性橘子皮吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件为初始浓度10mg/L,吸附时间60min,pH为2,温度为30℃,此时去除率可达98.30%。吸附热力学参数结果表明,改性橘子皮对Cr(Ⅵ)的吸附属于
期刊
采用国际上惯用的缩略语。如名词术语DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、ATP(三磷酸腺苷)、ABA(脱落酸)、ADP(二磷酸腺苷)、CK(對照)、CV(变异系数)、CMS(细胞质雄性不育性)、IAA(吲哚乙酸)、LD(致死剂量)、NAR(净同化率)、PMC(花粉母细胞)、LAI(叶面积指数)、LSD(最小显著差)、RGR(相对生长率),单位名缩略语IRRI(国际水稻研究所)、FAO(联合国
期刊
摘要 {目的]研究复合化学方法对玉米秸秆的处理效果。{结果]玉米秸秆复合处理的最佳条件如下:Ca(OH)24%,尿素8%,水40%,在此条件下处理7d效果最佳。{结论]该研究可为生产中更合理地利用秸秆饲喂家畜提供理论依据和方法。  关键词 玉米秸秆;化学方法;粗蛋白;酸性洗涤纤维  中图分类号S816.5文献标识码A文章编号0517-6611(2018)36-0074-04  玉米秸秆作为农作物副
期刊
摘要 {目的]评价鱼溶浆对大棚养殖南美白对虾生长的影响。{方法]以市售南美白对虾配合饲料作为基础饲料,试验饲料制品由5%鱼溶浆添加制成,测定南美白对虾养殖期间的生长指标、成活率、产量和血清免疫指标,并与仅投喂基础饲料的对照组做比较。{结果]试验组对虾提前7~9天上市,饵料系数降低了5.3%,AKP、CAT、PO三种酶的活力在对虾血清中均明显高于对照组(P<0.05)。{结论]南美白对虾饲料中添加5
期刊
摘要 {目的]研究新型肥料在结球甘蓝上的应用效果。{方法]通过比较不同肥料和肥料配比对结球甘蓝植株性状、产量和效益的影响,探讨不同肥料和肥料配比在结球甘蓝生产上减肥增效的效果。{结果]施用生命源黄腐酸螯合肥(10-10-10)300kg/hm2+夏氏蓝得土壤调理剂150kg/hm2+施可丰稳定性肥料(16-8-18)375kg/hm2减肥增效效果最好。{结论]在结球甘蓝生产上,施用营养全面、配比适
期刊