稻米脂肪含量QTL分析及二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶基因的克隆.pdf

1、隨著水稻產(chǎn)量的基本穩(wěn)定和人民生活水平的不斷提高，人們對稻米品質(zhì)的要求也越來越高。食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)皆優(yōu)的稻米已經(jīng)成為水稻品質(zhì)育種的一個趨勢。脂肪是稻米重要的營養(yǎng)物質(zhì)之一，研究證明脂肪含量與稻米的食味品質(zhì)呈正相關(guān)。脂肪含量高的米蒸煮后，米飯表面油亮，且冷飯口感也不會降低。在一定范圍內(nèi)提高脂肪含量，可以改善米飯的香味，光澤度和適口性。因此，當通過改良稻米的食味品質(zhì)指標如直鏈淀粉含量，膠稠度和糊化溫度不能改善米飯口感時，可以通過提高稻米脂肪含

2、量來改良稻米的食味品質(zhì)。但是，目前對稻米脂肪的相關(guān)研究還很少，而且現(xiàn)有的研究都是對稻米脂肪含量進行經(jīng)典的遺傳學分析和利用單個群體在單個環(huán)境下進行QTL定位。有限的遺傳信息在一定程度上限制了利用分子手段改良稻米的脂肪含量，從而也制約了對稻米食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的分子設(shè)計育種進程。為了對稻米脂肪含量的遺傳基礎(chǔ)有更全面的了解，更好地利用分子手段改良稻米油脂品質(zhì)，提高稻米的食味品質(zhì)，本文主要進行了以下五個方面的研究： 1.利用BIL群體分

3、析不同環(huán)境中控制稻米脂肪含量的QTL 利用Nipponbare/Kasalath/Nipponbare回交重組自交系(BILs)作圖群體(BC<,1>F<,9>)和復合區(qū)間作圖QTL定位方法，分析2003年南京，2004年南京和2003年海南三個不同環(huán)境中糙米脂肪含量QTL的表達情況。在三個環(huán)境中，共檢測到7個控制脂肪含量的QTLs，分別位于第2、3、4、5和7染色體上，貢獻率變幅為5.48-23.17％。位于R3166-C24

4、9區(qū)間的qFC-5-1在2003年南京和2003年海南被檢測到，對表型的貢獻率分別為11.7％和17.43％，正加性效應(yīng)來源于親本Nipponbare等位基因。位于C847-R1789區(qū)間的印qFC-7，在2003年南京對表型的貢獻率為23.17％，是所有QTL中貢獻率最大的；在2004年南京對表型的貢獻率為7.50％，但是該QTL在兩個環(huán)境中遺傳效應(yīng)方向發(fā)生了改變。其它的QTL均是在一個環(huán)境中被檢測到，對表型的貢獻率都相對較少。

5、 2．利用RIL群體對不同環(huán)境乖發(fā)育時期控制稻米脂肪含量QTL進行定位 以水稻雜交組合Asominori×IR24衍生的71個重組自交F<,10>家系為材料，在2005年南京灌漿初期(E1)、灌漿中期(E2)、灌漿末期(E3)和成熟期(E4)以及2004年南京成熟期(E5)和2003年海南成熟期(E6)6個環(huán)境對稻米脂肪含量進行分析，利用復合區(qū)間作圖OTL定位方法共檢測到17個控制脂肪含量的QTLs，LOD值變幅為2.07-4

6、.45，對表型的貢獻率在7.2．17.38％之間，兩個親本中既有增效的等位基因也有減效的等位基因。其中qFC1-2和qFC-11-3可在兩個環(huán)境中檢測到，其它的OTL僅在一個環(huán)境中檢測到。四個發(fā)育時期，共檢測到11個控制脂肪含量的QTLs，對表型的貢獻率在7.2-14.19％之間，只有qFC-11-3可在兩個不同的灌漿時期檢測到，其它的QTL均是在一個時期檢測到。對三個不同地點成熟期的脂肪含量分析，共檢測到10個控制脂肪含量QTLs，所

7、解釋表型變異的貢獻率在9.36-17.38％之間，均是在一個環(huán)境中檢測到。結(jié)果表明控制脂肪含量QTL的表達具有較強的環(huán)境特異性和時空有序表達的特性，大多數(shù)QTL僅在一個環(huán)境中或一個發(fā)育時期檢測到。 3．水稻籽粒不同灌漿時期脂肪含量和脂肪指數(shù)的動態(tài)QTL分析 利用由粳稻品種Asominori與秈稻品種IR24的雜交組合衍生的重組自交F<,10>家系(RIL)群體，采用非條件和條件QTL定位方法，對水稻籽粒灌漿四個時期的脂肪

8、含量(FC)和脂肪指數(shù)(FI)進行分析。四個不同的灌漿時期共檢測到11個控制脂肪含量的非條件QTLs和10個控制脂肪含量的條件QTLs；11個控制脂肪指數(shù)的非條件QTLs和8個條件QTLs被檢測到。對脂肪含量和脂肪指數(shù)的非條件QTL分析中可以檢測到兩個灌漿時期同時表達的QTL；在條件QTL定位中，所有的QTL均在一個灌漿時間檢測到。灌漿前期，灌漿中期和灌漿后期檢測出較多的控制FC和FI的QTL。結(jié)果表明控制FC和FI的QTL的表達均具有

9、時空特異性。從整個灌漿時期對控制脂肪積累的遺傳因子進行非條件和條件OTL分析，可以檢測更多的遺傳信息。與傳統(tǒng)的僅用一個發(fā)育時期進行定位的結(jié)果比較，不僅提高定位的效率，而且可以更全面地揭示控制稻米脂肪動態(tài)積累的遺傳信息。 4．稻米脂肪合成途徑關(guān)鍵酶基因DGkT2的克隆和表達分析 根據(jù)水稻全基因組測序的信息設(shè)計引物，利用RT-PCR方法，從水稻中克隆了二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶基因2(DGA-T2)。對OsDGAT2推測的氨基酸序列

10、進行分析表明：OsDGAT2編碼的蛋白質(zhì)序列與水稻中已知的二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶序列同源性僅為17％；與水稻基因組測序后預測的一個具有二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶功能的序列同源性為77％。OsDGAT2與哺乳動物，真菌和植物中已經(jīng)克隆的DGAT2同源性分析表明，OsDGAT2與油桐的DGAT2基因存在較高的同源性，為44％。OsDGAT2編碼蛋白具有一個二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶保守的結(jié)構(gòu)域和一個磷酸鹽酰基轉(zhuǎn)移酶保守的結(jié)構(gòu)域。通過蛋白質(zhì)序列功能位點分析發(fā)現(xiàn)了

11、兩個蛋白激酶磷酸化位點，這兩個位點可能與上述的磷酸鹽?；D(zhuǎn)移酶保守的結(jié)構(gòu)域有關(guān)。該蛋白在水合特性上具有兩親性，有3個跨膜區(qū)。進一步分離克隆了DsDGAT2的基因組DNA序列，具有9個外元，8個內(nèi)元。組織表達譜分析表明，OsDGAT2與水稻中另外兩個DGAT表達模式不同，OsDGAT2在各組織中都有表達，其中在莖，幼苗以及發(fā)育中期和成熟期種子中表達量最高。這些研究結(jié)果將為進一步研究OsDGAT2的功能及改良稻米油脂品質(zhì)，進而改善稻米食味品

12、質(zhì)提供一定的理論指導。 5．建立了快速測量水稻脂肪含量的近紅外光譜分析方法 傳統(tǒng)的分析脂肪含量的方法存在速度慢和需要破碎樣品等缺點。近紅外光譜分析技術(shù)(NIRS)具分析速度快、無污染、不需破碎樣品、可同時分析多種組分等優(yōu)點，在一定程度上彌補了傳統(tǒng)方法不足。目前已經(jīng)在農(nóng)作物品質(zhì)育種、農(nóng)牧產(chǎn)品質(zhì)量分析、食品加工和品質(zhì)檢測等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。本研究應(yīng)用近紅外光譜(NIRS)分析技術(shù)和偏最小二乘法(PLS)建立了四個稻米脂肪定量分

13、析數(shù)學模型，并比較了糙米粒和糙米粉，精米粒和精米粉所建數(shù)學模型對預測稻米脂肪含量的效果差異。結(jié)果表明：在校正模型中，決定系數(shù)(R<'2>)分別為0.79，0.84，0.89和0.91，相應(yīng)的均方根差分別為0.16％，0.14％，0.09％和0.08％；在內(nèi)部交叉驗證中R<'2>為0.73，0.81，0.81和0.89，相應(yīng)的均方根差分別為0.17％，0.15％，0.12％和0.09％；在外部交叉驗證中R<'2>分別為0.62，0.80，