水稻粉质胚乳突变体flo-c的生物学鉴定及其基因定位

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水稻是最重要的粮食作物之一。胚乳淀粉和蛋白质的积累直接影响水稻产量和品质。不断挖掘胚乳相关基因,并探明胚乳发育遗传和分子机理,对于了解水稻产量和稻米品质形成机理具有重要意义。粉质胚乳作为水稻胚乳的突变类型之一,广泛用于胚乳发育分子调控机理研究。本研究从东北粳稻高世代品系长粒香(吉大2015-56)EMS诱变后代中获得一个稳定遗传的不透明胚乳突变体(floury endosperm from Changlixiang,flo-c),鉴定其生物学特性,利用Mut Map技术对flo-c突变体和野生型杂交的F2群体进行了遗传分析和基因定位,通过转录组测序技术分析flo-c突变体与野生型的差异表达基因,最终通过Mut Map和转录组测序联合分析筛选,鉴定出6个FLO-C的候选基因。研究结果初步解析了flo-c突变体的胚乳粉质性状形成原因及候选基因,主要结果如下:1.突变体flo-c表型与已报道的突变体有所区别,其株型与野生型无明显差异,但籽粒表现为白色不透明性状。糙米横切面的糊粉层透明,胚乳中心和外周部位粉质均明显,粉质部位淀粉颗粒形状不规则,排列松散。灌浆期造粉体内淀粉颗粒少,形状不规则,复合淀粉颗粒发育较慢。突变体的直链淀粉含量、糊化温度、粗蛋白质含量与野生型相比无显著差异,然而淀粉谱特性、淀粉粒表面积、数量、体积等较野生型显著降低,谷蛋白与醇溶蛋白含量也显著下降。鉴于此,我们推测FLO-C基因可能参与淀粉代谢途径与贮藏蛋白合成加工过程。2.突变体flo-c的粉质胚乳性状由单隐性基因控制。通过Mut Map分析将FLO-C基因定位在第10号染色体的8759715号碱基到11190396号碱基之间。该连锁区段与已报道的胚乳相关基因均不重叠,说明FLO-C为一个未被报道的新的控制粉质胚乳性状的基因位点。通过SNP位点比对分析,在该连锁区段上筛选出37个候选基因。3.在突变体flo-c和野生型之间,叶片和胚乳中均存在大量差异表达基因,尤其在胚乳中两个材料之间存在3227个差异表达基因,明显多于叶片中的522个差异表达基因,说明大量基因参与粉质胚乳形成过程,是复杂的生理代谢过程。4.通过MutMap和转录组分析结果的联合分析,筛选得到6个FLO-C的候选基因。这些基因包括含UDP葡萄糖醛糖基和UDP葡萄糖基转移酶结构域蛋白(LOC_Os10g17489)、FAD结合家族蛋白的氧化还原酶(LOC_Os10g17780)、含有Remorin C末端结构域蛋白(LOC_Os10g17790)、C2H2锌指蛋白(LOC_Os10g18364)、脱水应激诱导蛋白(LOC_Os10g21790)和富含亮氨酸的重复家族蛋白(LOC_Os10g21800)。
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