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直链淀粉含量是水稻重要的品质性状之一,直接影响了稻米的食味品质与蒸煮品质。目前我国大多数籼稻品种的米质仍然不够理想,直链淀粉含量(以下简称AC)过高成为制约优质籼稻发展的关键因素。生产上利用的低AC基因主要以Wx的复等位基因为主,但目前检测到Wx的复等位基因数目有限,且在品质育种上应用难度较大;非Wx主要存在于粳稻品种,而籼稻非Wx的定位及克隆尚未见报道,因此挖掘籼稻品种的非Wx,显得尤为重要。
空间诱变是产生新种质资源的有效途径之一,也是产生新基因的重要方法。本研究对籼稻品种籼小占空间诱变低AC后代XLA-1、XLA-2进行淀粉合成关键酶活性分析、分子生物学特性分析、Wx的复等位基因分析及XLA-1非Wx初步定位等方面进行研究,主要结果如下:
1、本研究对2个低直链淀粉突变体XLA-1、XLA-2灌浆期籽粒4种淀粉合成关键酶(ADP-葡萄糖焦磷酸化酶AGPase、可溶性淀粉合成酶SSS、颗粒结合型淀粉合成酶GBSS、淀粉分支酶SBE)的活性进行了测定,结果表明:原种籼小占与XLA-1、XLA-2的4种淀粉合成关键酶的变化趋势相似,但活性存在差别,除SBE外,原种籼小占的AGPase、SSS、GBSS的活性整体趋势上都高于XLA-1、XLA-2;在三个供试材料中,AGPase和SSS的峰值活性均早于GBSS、SBE;原种籼小占和XLA-2的直链淀粉积累与GBSS活性呈极显著正相关,而XLA-1的直链淀粉积累与GBSS的活性则呈显著相关;XLA-1与XLA-2的GBSS活性及峰值日期存在明显差异,两者突变机理可能有所不同。
2、利用408对均匀分布在水稻12条染色体上的SSR引物对原种籼小占和低AC突变体XLA-1、XLA-2进行多态性检测,结果表明XLA-1、XLA-2与籼小占之间存在较高的多态性,且多态性主要表现为扩增片段长度的变化;XLA-1、XLA-2与籼小占之间变现出的多态性皆不相同,说明同一品种突变能引起突变体DNA发生不同方向的变异。
3、XLA-1、XLA-2与籼小占的PCR-Acc I分子标记检测Wx的基因型分析的结果表明,籼小占的Wx属于GG型,其直链淀粉含量为26.67%;突变体XLA-1、XLA-2的Wx都属于TT型,直链淀粉含量分别为14.42%、11.58%。
4、通过设计引物对籼小占、XLA-1、XLA-2 Wx的复等位基因进行测序,根据多重对比的结果表明,XLA-1、XLA-2在碱基、限制性内切酶及RNA二级结构都发生了不同程度的变化,XLA-2与XLA-1相比较最为显著的变化则是在3332bp处插入了一个三联体终止密码子TAA,导致转录提前终止,这很可能是导致XLA-2直链淀粉含量下降的原因。
5、对杂交组合HXLA/籼小占的F2代进行遗传分析结果表明:HXLA与高直链淀粉亲本杂交F2代群体直链淀粉含量呈三峰分离,中高与低的分离比例约为3:1,说明HXLA的低直链淀粉遗传特性受1对隐性基因控制,并且排除了Wx的影响。
6、用组合HXLA/籼小占的F2代群体构建基因定位的群体,采用分离群体法和隐性群体分析法,利用SSR标记将HXLA的低AC基因Iac定位在水稻第6染色体的短臂上,与RM19288的距离为5.05cM,与RM19297的距离为4.1cM。
本研究表明,空间诱变不但可以创造出新的品质变异类型,并且能够获得特异的低AC新种质,对其进行遗传特性研究、突变基因研究和酶活性研究,为籼稻品质改良提供一定的理论指导。