水稻胚乳突变体的诱发及其微卫星分子标记鉴定

用 3 50Gy6 0 Coγ射线辐照高表观直链淀粉含量 (apparentamylosecontent,AAC)早籼稻新品种金早 97 47,筛选鉴定出 4个暗胚乳突变体和 2个云雾状胚乳突变体。AAC测定表明 ,暗胚乳和云雾状胚乳突变的AAC明显比原亲本低。以Wxup2 485为引物 ,发现两类胚乳突变的Wx基因微卫星分子标记相同 ,与原亲本显著不同 ,前者为 (CT) 1 8 (CT) 1 8,后者为 (CT) 1 1 (CT) 1 1。

1个新的玉米半透明皱缩胚乳突变体的遗传分析及基因定位

【目的】解析半透明皱缩玉米胚乳形成机制.【方法】以纯合玉米突变体M-E-479为供试材料,通过对M-E-479籽粒进行表型鉴定、遗传分析、主要成分测定及扫描电镜观察,构建定位群体,利用图位克隆技术对突变基因进行遗传定位.【结果和结论】M-E-479突变体胚乳中脂肪含量增加,蛋白质和淀粉含量下降,淀粉粒的大小、形状、排列空间发生改变;用F2群体将突变基因定位在10号染色体SSR标记bnlg1074与umc1506之间,两标记的遗传距离约为3.6 cM,两标记的物理距离约为2.2 Mb.可见M-E-479是一个新的玉米半透明皱缩胚乳突变体,突变性状是由隐性单基因控制.

若干玉米胚乳突变体基因效应的研究

对5个玉米单隐性胚乳突变体、3个双隐性胚乳突变体的可溶性糖(还原糖、蔗糖)、水溶性多糖、淀粉、粗蛋白、赖氨酸含量测定,并对突变体种子结构扫描电镜观察。分析了玉米胚乳突变体的基因效应及其互作效应。

水稻粉质胚乳突变体M37的基因定位及变异分析

在粳稻品种Kitaake的60Co辐射突变体库中筛选到1个稳定遗传的粉质胚乳突变体M37,其粒厚、千粒重、总淀粉和直链淀粉含量均显著降低。对成熟及发育中胚乳淀粉颗粒结构进行观察,发现突变体的胚乳中淀粉颗粒排列松散,产生大量小单粒淀粉颗粒。利用M37/Dular的F2群体中分离出的682个粉质极端个体将目标基因定位到水稻第1染色体长臂的51.6 kb,该区间含有7个开放阅读框(ORFs)。其中ORF6编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶大亚基2 (AGPL2)。对该基因测序分析发现突变体M37在AGPL2第4外显子上发生1个单碱基G到A的替换,导致该位点氨基酸由丙氨酸(Ala)变成苏氨酸(Thr)。氨基酸序列分析发现AGPL2的同源基因主要存在于单子叶中,突变位点在不同物种中均非常保守。该基因与已报道的水稻w24、gif2、eb6和eb7为等位基因。荧光定量PCR分析发现突变体中多个淀粉合成相关基因的表达水平发生显著变化。

空间环境诱发玉米胚乳突变体的鉴定与分析

用返回式卫星"实践八号"搭载玉米自交系08-641和18-599,从诱变后代中获得籽粒皱缩透明和皱缩不透明两种胚乳突变体,经多代自交获得突变性状稳定的遗传材料。籽粒可溶性糖含量测定结果显示,籽粒皱缩透明突变体st1在授粉10d后籽粒糖含量开始上升,到授粉25d时达到峰值,且明显高于自交系08-641;籽粒皱缩不透明突变体so1籽粒糖含量在授粉10d后开始缓慢上升,到授粉20d时达到峰值,且明显高于自交系18-599。遗传分析和等位性测定结果表明两种突变性状均由单隐性基因控制,籽粒皱缩透明突变基因与su1等位,籽粒皱缩不透明突变基因与sh2等位。DNA序列比对发现,突变体st1在su1基因的第2和第13外显子处发生了单碱基突变,突变体so1在sh2基因的第2、5和16外显子处发生单碱基突变,导致编码氨基酸序列变异,推测这些碱基的突变有可能导致淀粉合成代谢受阻,致使籽粒胚乳糖含量提高。

3个水稻不透明胚乳突变体淀粉理化性质分析

构建水稻突变体库并从中筛选到3个胚乳突变体M16、M35和M72。对这3个突变体的籽粒表也及淀粉特件进行分析。结果表明:M35和M72籽粒表现为淀粉颗粒排列松散的粉质胚乳。M16则表现为淀粉颗粒中心冇空腔的蜡质胚乳。3个突变体中直链淀粉含量较野生型显著下降。3个突变体和野生型也均为A型淀粉。与野生型淀粉相比。M35和M72淀粉有较低的相对结晶度。M16淀粉则有更高的相对结晶度。在95℃下。M72淀粉具有最低的膨胀势和最高的水溶件。M16淀粉具有般高的膨胀势和最低的水溶性。3个突变体的淀粉均具有较低的糊化峰值温度、峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和消减值。体外消化表明。3个突变体的原淀粉具有较高的快速消化淀粉和较低的抗件淀粉。在回生淀粉中3种突变体具有更高的抗性淀粉。

水稻粉质胚乳突变体flo7的理化性质及基因定位

淀粉约占水稻胚乳干物质总量的80%,胚乳中淀粉的组分与含量以及颗粒结构决定了稻米品质。从粳稻品种日本晴(Nipponbare)组培后代中获得了一个稳定遗传的粉质胚乳突变体flo7(floury endosperm 7)。该突变体胚乳表现为白色不透明粉质状,同时突变体种子粒长有所增加,而粒宽、粒厚和千粒重均显著降低。与野生型相比,在灌浆过程中突变体flo7籽粒中干物质的积累量减少,而葡萄糖、果糖等游离糖含量增加。突变体flo7成熟种子的直链淀粉含量和胶稠度显著下降,而碱消值显著增加。胚乳横截面扫描电镜分析发现,突变体flo7胚乳中淀粉颗粒形状不规则,排列疏松。遗传分析表明flo7粉质状胚乳突变表型符合单隐性核基因控制的遗传分离规律。以突变体flo7和南京11杂交衍生的F2群体为材料,利用简单重复序列(SSR)和插入缺失(Indel)分子标记,将flo7定位在第12染色体长臂末端C2-11和C5-15之间,物理距离为95.1kb,该区间内包含13个开放阅读框(ORF)。在籽粒灌浆过程中利用实时荧光定量PCR分析淀粉合成相关基因的表达,发现在突变体中多个淀粉合成相关基因表现出不同程度的上调和下调,表明FLO7在水稻种子中淀粉的合成与调控中起着重要作用。

水稻胚乳突变体b140的表型分析及基因克隆

[目的]对水稻粉质胚乳突变体b140进行表型分析和基因克隆,为阐明水稻淀粉合成机制奠定基础。[方法]以粳稻品种‘W017’为野生型,测量‘W017’和突变体b140的农艺性状,分析籽粒的灌浆期干物质积累量和理化性质,并观察淀粉颗粒的结构;构建b140与‘南京11’的F2群体,取隐性极端个体定位基因;利用qRT-PCR测定籽粒灌浆时期的淀粉合成相关基因表达量;测定相关淀粉合成酶活性。[结果]b140表现为粉质胚乳,粒宽、粒厚和千粒质量均显著低于野生型,但粒长和其他农艺性状无显著变化。b140种子的总淀粉和直链淀粉含量均显著低于野生型,而可溶性糖含量显著高于野生型。扫描电镜观察b140胚乳淀粉粒呈球形或不规则形状,排列疏松。突变基因定位在第1号染色体短臂56 kb的区间内,测序发现只有1个已知基因Os01g0179400发生突变。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,b140胚乳中淀粉合成相关基因的表达量出现不同程度的下调。b140胚乳中腺苷磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性显著低于野生型。[结论]b140由于Os01g0179400基因发生突变,导致粉质胚乳表型。Os01g0179400突变影响了淀粉合成相关基因的表达以及腺苷磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性。b140的发现对于了解水稻淀粉合成和调控的机制具有一定的意义。

水稻粉质胚乳突变体ws的表型分析及基因克隆

从甲基亚硝基脲(1-Methyl-1-Nitrosourea,MNU)处理的粳稻品种滇粳优1号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质突变体ws,其籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱。对成熟及发育中的胚乳淀粉结构进行观察,发现ws突变体的胚乳中产生大量小而不规则排布的单淀粉颗粒。利用F2群体中分离出的92个隐性极端个体将突变基因连锁在第8染色体近着丝粒位置,随后共用2025个极端个体将目标基因定位于95kb的区间。测序发现ws突变体中编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase,AGPase)小亚基S2的基因发生点突变,导致编码氨基酸的替换。基因表达分析发现,突变体胚乳中编码AGPase各亚基的相关基因表达量没有发生显著改变,而Western杂交分析显示突变体中AGPS2b的蛋白含量下降。同时,ws突变体的胚乳中AGPase活性下降为野生型的一半。研究结果表明,OsAGPS2的突变导致水稻胚乳中AGPase活性降低,从而影响了淀粉合成。

水稻粉质胚乳fse3突变体的表型分析及基因定位

【目的】水稻各种类型的胚及胚乳变异突变体是解析胚发育及淀粉合成和调控路径的优良材料。研究旨在通过大规模的粉质胚乳致死突变体的基因克隆和功能鉴定,获得一系列调控胚发育及淀粉合成的关键基因,为稻米品质改良提供理论指导。【方法】从化学诱变剂N-甲基-N-亚硝基脲(MNU)处理的粳稻品种宁粳3号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质皱缩致死突变体,命名为fse3(floury and shrunken endosperm 3)。将其与9311配制杂交组合,利用F2群体中隐性极端个体进行精细定位;将种子在30℃条件下清水浸种24 h,然后在35℃黑暗条件下用TTC染色2 h检测种子活力;用体视镜观察30℃吸胀9 h后的种子胚结构;从突变体杂合植株上分离粉质成熟种子,去壳后磨成糙米粉进行理化性质分析;用扫描电镜观察成熟淀粉颗粒的结构;制备半薄切片观察发育胚乳中的淀粉颗粒结构;利用q RT-PCR测定籽粒灌浆时期的淀粉合成相关基因表达量;并通过Western-blot检测相关淀粉合成酶的蛋白积累。【结果】与野生型相比,突变体籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、表观直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱,淀粉的黏度曲线与野生型也存在显著差异,fse3突变体的最高黏度、热浆黏度、冷浆黏度以及崩解值都显著高于野生型。TTC染色表明其胚活力下降,对发育中的胚纵切片观察发现突变体没有心型胚的分化。对发育中胚乳淀粉结构进行观察,发现fse3突变体的胚乳中产生大量小而不规则排布的单淀粉颗粒,复合淀粉颗粒发育滞后。成熟种子横截面观察发现fse3突变体淀粉颗粒排列疏松,大小不均匀,颗粒间存在较大间隙。利用F2群体中分离出的22个隐性极端个体将FSE3连锁在第9染色体长臂上,随后共用1 400个极端个体将目标基因定位于228 kb的区间内,包含28个开放阅读框。q RT-PCR发现在突变体中多个淀粉合成相关基因表现出不同程度的上调和下调,Western-blot结果表明部分淀粉合成酶的蛋白积累减少。【结论】FSE3是一个新的粉质胚致死基因,基因精细定位在第9染色体228 kb的物理区间,FSE3在水稻种子胚及胚乳的发育调控中起重要作用。

玉米胚乳突变基因与互作对籽粒成份的影响——Ⅱ.O_2基因与su_1、sh_2、bt_2、wx基因的互作效应

研究了 O_2基因与 su_1,sh_2,bt_2,wx 基因互作对玉米籽粒百粒重、蛋白质、赖氨酸含量及碳水化合物组分(淀粉、可溶性糖、蔗糖、还原糖、水溶性多糖)的影响。结果表明:O_2与 su_1,sh_2,bt_2,基因互作显著降低百粒重及淀粉含量,增加蛋白质、赖氨酸、可溶性糖、蔗糖和还原糖含量,但增加幅度受遗传背景的影响。与正常型及单突变体相比,籽粒发育过程中这些双突变体一般表现为:粒重增长较慢;蛋白质含量下降幅度较小;淀粉早期含量较低,后期增长缓慢;可溶性糖和还原糖早期含量较高,后期下降速度随基因型而异。o_2 基因与 wx 基因互作对籽粒成份影响较小。研究分析了籽粒各成份之间的相互关系并讨论了这些基因互作对玉米品质育种的利用价值。

玉米胚乳突变基因与互作对籽粒成份的影响——Ⅳ.籽粒各成份之间的关系及其对品质改良的意义

本文在分析su_1,sh_2,bt_2,o_2,wx玉米胚乳突变基因与互作对籽粒成分影响的基础上,探讨了胚乳突变基因影响下籽粒各成分之间的关系并讨论了这些关系对玉米品质改良的意义。研究表明,玉米胚乳突变基因及其互作可以不同程度地增加籽粒蛋白质、赖氨酸、可溶性糖、蔗糖、还原糖、清蛋白、球蛋白及谷蛋白含量,降低淀粉和醇溶蛋白含量,但突变体百粒重多明显降低。在籽粒各成分的关系中,百粒重、淀粉和醇溶蛋白含量三性状呈正相关关系,三性状和其它性状间呈负相关关系,其它性状间均呈正相关关系。分析表明淀粉和醇溶蛋白含量是影响籽粒品质的主要因素,胚乳突变基因主要通过降低淀粉和醇溶蛋白含量来增加其它成份的含量,进而提高籽粒的营养品质,但淀粉和醇溶蛋白含量的降低会导致粒重下降。所以,利用胚乳突变基因互作效应改良玉米品质应该综合考虑产量和品质二方面的问题。

抗赖氨酸加苏氨酸的玉米种子蛋白突变体

通过离体选择抗赖氨酸加苏氨酸玉米突变体，不仅获得了积累游离苏氨酸和赖氨酸等氨基酸的突变类型，也选择到了种子蛋白组份发生改变的高蛋氨酸突变体和高赖氨酸体细胞无性系变异体。高蛋氨酸种子中总蛋氨酸的含量比对照增高２２．６％，这是由于醇溶蛋白Ｚｅｉｎ－２部分及其蛋氨酸含量增高所致。高赖氨酸变异体种子游离必需氨基酸增高显著（２－１０倍），总赖氨酸比对照亲本增高２８．１％，含量约占种子干重的０．４０％，种子蛋白清蛋白、球蛋白和谷蛋白组份含量增高而醇溶蛋白减少。高赖氨酸和高蛋氨酸特性遗传稳定，植株育性正常。

水稻调控淀粉合成基因的研究进展

水稻是全球重要的粮食作物之一,近年来随着人们生活质量提升,对稻米的品质逐渐重视。胚乳是稻米的主要组成成分,为种子萌发和种胚发育提供能量,其中淀粉含量约占水稻种子干物质积累的80%,研究淀粉生物合成的分子机制对水稻品质改良具有重要理论意义与应用价值。虽然淀粉的基本合成途径已比较清晰,但是大田条件下淀粉的合成是一个受遗传和环境条件共同决定的复杂生物学过程。由于表型鉴定相对困难,很难通过QTL等方法对稻米品质的影响因子进行图位克隆。通过物理化学诱变获得的淀粉合成缺陷突变体多为单基因控制,这些突变体由于淀粉颗粒形态改变或填充不紧密,通常表现为胚乳粉质的表型,加代纯合后构建群体可对突变基因进行图位克隆。近年来,利用突变体克隆的新调控因子逐渐增多,参与合成的路径多样化,充实完善了淀粉合成的调控网络。本研究通过对近年来的此类突变体进行概括综述,探讨影响淀粉合成的不同调控因子类型及代谢通路,以期对水稻品质改良提供参考。

Masahiro Yano教授

Masahiro Yano教授，日本农业生物科学国家研究所，应用基因组实验室主任。1979年大学毕业于九州大学农学院，获得学士学位。1981年、1985年分别于九州大学获得硕士和博士学位。1979年到1985年间，Yano主要参与关于调控淀粉含量的胚乳突变体的遗传分析。1986年至今，工作于北陆农业试验场和日本农业生物科学国家研究所，参与农林渔业部水稻基因组计划的研究。在国际国内知名杂志上发表论文上百篇。