普通野生稻遺傳多樣性及2個(gè)特有基因的功能初步研究.pdf

1、水稻(OryzasativaL.)是全世界最重要的糧食作物之一，世界上三分之一的人口以稻米為主要糧食。普通野生稻(Oryza rufipogon Griff)被研究者廣泛認(rèn)為是栽培稻的祖先，保存著栽培稻不具有或已經(jīng)消失了的許多優(yōu)異基因，是水稻育種的天然基因庫(kù)，所以研究普通野生稻的遺傳多樣性進(jìn)，挖掘普通野生稻的優(yōu)異基因并應(yīng)用于水稻育種是當(dāng)前水稻科學(xué)研究的重要方向。本研究以分布我國(guó)北緯18.73N至28.14N的12個(gè)普通野生稻為材料，以典

2、型秈稻、粳稻為對(duì)照，對(duì)普通野生稻的葉綠體DNA(cpDNA)和第四染色體的分子遺傳多態(tài)性進(jìn)行研究，以期促進(jìn)對(duì)普通野生稻分子遺傳多態(tài)性的認(rèn)識(shí)，為將普通野生稻資源更好的應(yīng)用于水稻分育種提供更豐富的理論基礎(chǔ)。另外，對(duì)17個(gè)三系不育系葉綠體DNA也進(jìn)行了比較分析。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.普通野生稻與栽培稻葉綠體分子遺傳多樣性的研究
　　 供試的12個(gè)普通野生稻和18個(gè)栽培稻在9個(gè)cpDNA多變區(qū)共計(jì)9080個(gè)堿基中，共檢測(cè)

3、到多態(tài)性堿基144個(gè)。其中普通野生稻間具多態(tài)性堿基117個(gè)，表明分布在不同區(qū)域的普通野生稻間存在遺傳分化。典型秈稻與典型粳稻之間有131個(gè)具亞種特征性差異堿基；爪哇稻在這些特征性位點(diǎn)的堿基序列與粳稻完全一致，說明爪哇稻的cpDNA與粳稻有更近的遺傳關(guān)系。ORF29-TrnCGCA和ORF100兩個(gè)擴(kuò)增片段是快速區(qū)分秈粳兩種類型cpDNA的分子標(biāo)記，用這2個(gè)分子標(biāo)記也可將12個(gè)普通野生稻cpDNA分成秈粳兩種類型，但在9個(gè)cpDNA序列中

4、，同一個(gè)普通野生稻在不同位點(diǎn)的秈粳屬性不同，由此說明普通野生稻cpDNA具有一定秈粳分化趨勢(shì)，但不能僅憑幾對(duì)分子標(biāo)記結(jié)果將普通野生稻像栽培稻一樣分為型秈型或粳型。本研究支持秈型亞洲栽培稻和粳型亞洲栽培稻分別由具有一定秈粳分化趨勢(shì)的普通野生稻演化而來的二元起源學(xué)說。
　　 2.不同類型三系不育系材料cpDNA遺傳多態(tài)性的比較
　　 對(duì)17個(gè)不同細(xì)胞質(zhì)來源的三系不育系材料cpDNA的遺傳多態(tài)性進(jìn)行比較表明，17個(gè)三系不育系可

5、分為三種細(xì)胞質(zhì)類型，即野敗型、紅蓮型和BT型。生產(chǎn)中所稱的印水型、岡型、K型不育系cpDNA的9個(gè)多變區(qū)序列與野敗型完全一致，因此都應(yīng)為野敗型細(xì)胞質(zhì)。野敗型、紅蓮型細(xì)胞質(zhì)雖然都來自于海南野生稻，但野敗型葉綠體rps16內(nèi)含子的第220-225位點(diǎn)具獨(dú)有GTTGAG堿基序列，紅蓮型在rps16內(nèi)含子的第595位具特有的堿基G，而其他材料都為T；所謂秈稻質(zhì)源的BT型不育系cpDNA序列卻僅在ccsA基因的540-543位點(diǎn)的堿基與秈稻相同，

6、其余序列均與典型粳稻完全一致，因此本文結(jié)果認(rèn)為BT型不育系的細(xì)胞質(zhì)應(yīng)為粳型，而粳稻cpDNA背景的ccsA基因的540-543位點(diǎn)的秈型特征性GCTT序列可作為BT型不育系cpDNA特征性分子標(biāo)記。雄性不育系cpDNA的這些特征性堿基可作為相應(yīng)不育細(xì)胞質(zhì)類型的分子標(biāo)記。推測(cè)這些特征性堿基是細(xì)胞質(zhì)發(fā)生了遺傳變異導(dǎo)致的，但這些突變序列與花粉不育有否關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。
　　 3.普通野生稻與栽培稻第四染色體的分子遺傳多樣性分析

7、r>　　 本研究選用471對(duì)SSR標(biāo)記，對(duì)供試普通野生稻和栽培稻第四染色體的遺傳多態(tài)性進(jìn)行研究。供試普通野生稻在第四染色體上也呈現(xiàn)出豐富的遺傳多態(tài)性，遺傳距離分析顯示普通野生稻內(nèi)的遺傳多樣性遠(yuǎn)大于栽培稻內(nèi)的遺傳多樣性，且普通野生稻中含有一些栽培稻中不具有的等位基因，說明從普通野生稻中發(fā)掘用于栽培稻品種改良的新基因具有巨大的潛力。通過比對(duì)典型秈稻、粳稻亞種間的遺傳差異，在第四染色體上建立了141個(gè)秈粳亞種間的特征性分子標(biāo)記。不同緯度來源

8、的普通野生稻在141個(gè)秈粳特征性分子標(biāo)記位點(diǎn)也出現(xiàn)了不同程度的秈粳分化趨勢(shì)，聚類分析也顯示一部分普通野生稻材料歸為秈稻一支，另一部分歸為粳稻一支。因此，本研究從水稻第四染色體的水平上再次為水稻二元起源學(xué)說提供了分子遺傳學(xué)證據(jù)。與cpDNA不同，供試爪哇稻材料在第四染色體上出現(xiàn)了秈粳分化。因此，本文認(rèn)為基于爪哇稻cpDNA與粳亞種一致性程度高，將爪哇稻歸為粳亞種是適合的，但根據(jù)第四染色體以及前人關(guān)于ITS和IGS序列的遺傳多態(tài)性分析的綜合

9、結(jié)果，將爪哇稻歸為獨(dú)立秈稻、粳稻亞種間的一個(gè)中間型亞種也有一定遺傳基礎(chǔ)。
　　 4.普通野生稻第四染色體特有基因的篩選及其功能初步分析
　　 本研究篩選得到2個(gè)位于第四染色體上的普通野生稻特有基因，并將這兩個(gè)基因遺傳轉(zhuǎn)化到栽培稻中，對(duì)其中一個(gè)基因遺傳轉(zhuǎn)化植株的葉綠素和脯氨酸含量進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其葉綠素和脯氨酸含量均高于野生型對(duì)照。同時(shí)對(duì)此轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行了各種非生物逆境處理中，初步認(rèn)為此基因可能與水稻耐高鹽脅迫有關(guān)。

10、>　　 綜上所述，通過對(duì)普通野生稻cpDNA和第四染色體的遺傳多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)普通野生稻具有豐富的遺傳多態(tài)性，并且具有一定的秈粳分化趨勢(shì)。這為亞洲栽培稻的二元起源學(xué)說提供了分子遺傳證據(jù)。同時(shí)，本研究還篩選到普通野生稻特有的基因，并認(rèn)為其中一個(gè)基因可能與水稻耐高鹽脅迫有關(guān)，為加速對(duì)普通野生稻資源的認(rèn)識(shí)并進(jìn)一步挖掘應(yīng)用普通野生稻種質(zhì)資源提供了一定的理論參考。另外cpDNA序列差異為基礎(chǔ)，將三系不育系材料分為野敗型、紅蓮型和BT型，并首次提