水稻粉质胚乳fse3突变体的表型分析及基因定位

• 作者: 万建民 于艳芳 刘世家 刘喜 张文伟 朱建平 江玲 王云龙 王益华 田云录 陈亮明
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 水稻 胚乳突变体 淀粉合成 造粉体发育 精细定位
• 年，卷（期）: 2018,（11）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 2023-2037
• 页数: 15页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.11.001

摘要

[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2h检测种子活力;用体视镜观察30℃吸胀9h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qRT-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.qRT-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.