利用单片段代换系鉴定水稻抗性淀粉相关基因

【目的】发掘稻米淀粉合成相关基因SBEIIb、SSIIa和ISA1的高抗性淀粉等位基因。【方法】利用分子标记筛选携带SBEIIb、SSIIa或ISA1的单片段代换系(Single segment substitution lines,SSSLs),利用改良的AOAC法测定SSSLs材料的抗性淀粉含量(w),通过Sanger测序分析不同SSSLs的SBEIIb、SSIIa和ISA1基因序列,结合基因型和表型连锁分析,鉴定影响抗性淀粉含量的等位基因。【结果】SBEIIb编码区的1个SNP(Ex4-96G/A)引起1个氨基酸的替换(196-Arg/His),从而产生2种等位基因SBEIIb-1和SBEIIb-2。其中,SBEIIb-1的Ex4-96G导致第196位氨基酸为Arg,表现为高抗性淀粉含量,为1.72%。SSIIa第8外显子的2个SNPs(Ex8–334G/A和Ex8–865C/T)引起2个氨基酸替换(604-Gly/Ser和781-Leu/Phe),从而产生3种等位基因SSIIa-1、SSIIa-2和SSIIa-3。其中,SSIIa-1的Ex8–334G和Ex8–865C导致第604和781位氨基酸为Gly和Leu,表现为高抗性淀粉含量,为3.37%。ISA1编码区序列的1个Indel(AGG/---)和1个SNP(Ex17–117C/T)导致第70位氨基酸Glu缺失和第717位氨基酸由Thr变为Met,从而产生3种等位基因ISA1-1、ISA1-2和ISA1-3。其中,ISA1-1编码区的AGG插入和Ex17–117C导致第70和717位氨基酸为Glu和Thr,表现为高抗性淀粉含量,为2.09%。【结论】SBEIIb、SSIIa和ISA1是影响水稻抗性淀粉形成的重要基因,这3个基因编码区的SNPs和Indels引起了氨基酸的改变,继而影响了抗性淀粉的含量,鉴定到了3个高抗性淀粉含量的等位基因SBEIIb-1、SSIIa-1和ISA1-1。

水稻粒长QTL定位与主效基因的遗传分析

该研究利用短粒普通野生稻矮杆突变体和长粒栽培稻品种KJ01组配杂交组合F1,构建分离群体F2;并对该群体粒长进行性状遗传分析,利用平均分布于水稻的12条染色体上的132对多态分子标记对该群体进行QTL定位及主效QTLs遗传分析,为进一步克隆新的主效粒长基因奠定基础,并为水稻粒形育种提供理论依据。结果表明:(1)所构建的水稻杂交组合分离群体F2的粒长性状为多基因控制的数量性状。(2)对543株F2分离群体进行QTL连锁分析,构建了控制水稻粒长的连锁遗传图谱,总长为1713.94 cM,共检测出24个QTLs,只有3个表现为加性遗传效应,其余位点均表现为遗传负效应。(3)检测到的3个主效QTLs分别位于3号染色体的分子标记PSM379~RID24455、RID24455~RM15689和RM571~RM16238之间,且三者对表型的贡献率分别为54.85%、31.02%和7.62%。(4)在标记PSM379~RID24455之间已克隆到的粒长基因为该研究新发现的主效QTL位点。

四倍体水稻蛋白质含量和谷蛋白基因表达研究

为了探讨高产四倍体水稻的不同遗传组成与品质的关系,以及蛋白质含量变化的原因,以国家优质品种美香占2号(MXZ2)、象牙香占(XYXZ)、矮脚南特二倍体(AJNT-2x)、高产同源四倍体水稻矮脚南特(AJNT-4x)以及高产新型四倍体水稻华多1号(H1)为试验材料,利用BCA法测定胚乳蛋白质含量、近红外谷物分析仪进行品质分析、全自动氨基酸分析仪测定氨基酸含量、qRT-PCR分析谷蛋白基因的表达差异。结果表明:AJNT-4x糙米、精米的蛋白含量分别为182.70,115.70 mg/g,高于国家优质品种MXZ2、XYXZ以及AJNT-2x,其营养品质大大提高;AJNT-4x的胶稠度为44.70 mm,低于MXZ2、XYXZ及AJNT-2x,且差异显著,其食用品质明显下降;而H1精米的蛋白含量最低,只有71.30 mg/g,但其胶稠度为112.70 mm,介于国家优质品种MXZ2与XYXZ之间。花后30 d AJNT-4x的17种氨基酸总量与人体必需氨基酸总量高于AJNT-2x与H1,H1的最低;H1的17种氨基酸总含量在花后15 d达到高峰,而AJNT-4x和AJNT-2x在花后20 d达到高峰,氨基酸含量积累过早停止导致H1在成熟期的总氨基酸含量下降,甚至低于AJNT-2x。在整个胚乳发育过程中,AJNT-4x、H1和AJNT-2x的4种贮藏蛋白积累趋势基本一致,但快速积累时间存在差异;AJNT-4x的谷蛋白快速积累的时间比AJNT-2x、H1早,且快速积累的时间长,导致AJNT-4x的蛋白含量最高。9个谷蛋白亚家族基因在花后5 d都有表达,随着胚乳的发育,各谷蛋白基因表达量逐渐升高、再逐渐下降并趋于稳定,不同的亚家族谷蛋白基因在相同的时间表达丰度不同;除GluB-1和GluB-4在H1中的表达峰值高于AJNT-4x和AJNT-2x,其他7个谷蛋白基因在H1中的表达峰值均远远低于AJNT-4x和AJNT-2x,差异显著;AJNT-4x的9个谷蛋白基因在花后30 d表达量均最高。上述结果为多倍体水稻优质育种提供理论依据。