水稻紫鞘染色体片段代换系Z519的鉴定及PSH1候选基因分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Nhomakorabea摘
要 : 花青素是广受人们喜爱的植物色素 , 在食品加工、杂种纯度鉴定中具有重要的作用。本研究鉴定了一个以
日本晴为受体、优良紫鞘恢复系 R225 为供体亲本的紫鞘水稻染色体片段代换系 Z519。 Z519 共含有 16 个代换片段 , 分布于除第 10 染色体外的其他 11 条染色体 , 平均长度为 6.85 Mb。 Z519 在芽鞘 3 mm 时鞘尖呈现紫色 , 其后在叶鞘、 叶缘、茎维管束和柱头等部位出现紫色线条 , 而日本晴各部位均为绿色。Z519 叶鞘中花青素含量极显著高于日本晴 , 剑叶中没有显著差异。 与受体日本晴相比 , Z519 的株高显著降低 , 千粒重、 主穗总粒数和实粒数显著增加 , 有效穗数、 主穗长和结实率无显著差异。进一步以日本晴与 Z519 杂交产生的 F1 和 F2 群体对紫鞘基因进行了遗传分析和分子定 位。该紫鞘表型受显性单基因控制 , 位于第 1 染色体 InDel 标记 L03 和 SSR 标记 L01 之间 37.8 kb 的区域 , 被命名为 PSH1。对该区间进行候选基因预测和测序 , Z519 在一个编码质体 ATP/ADP 转运蛋白的 LOC_Os01g45910 基因第一 外显子的第 238~252 碱基的 GTG 重复区又多插入了 GTG 3 个碱基 , 导致增加了一个甘氨酸。 qRT-PCR 结果进一步 表明其表达量在 Z519 中明显降低 , 初步确定 LOC_Os01g45910 是 PSH1 的候选基因。该研究为 PSH1 调控花青素的 分子机制奠定了良好基础。 关键词 : 水稻 ; 染色体片段代换系 ; 紫鞘 PSH1; 基因定位
花青素属类黄酮化合物 , 是一种天然的食用色 素 , 广泛存在于植物中 , 具有抗氧化、 预防心脑血管 疾病、抵御低温、抑制肿瘤细胞等生物功能 。花 青素的生物合成主要通过苯丙氨酸途径 , 即苯丙 氨酸在一系列酶的催化作用下生成过渡产物 4-香豆酸 CoA 和二氢黄酮醇, 最后生成各种花青素类似物 。 随着分子生物学的不断发展 , 已发现大量调控其合 成途径所需酶的结构基因 , 如 CHS 、 CHI 、 F3H 、 F3’H、 F3’5’H、 DFR
Abstract: Anthocyanins as plant pigments are widely liked by people and play a very important role in food processing and hybrid purity identification. Here, a rice chromosome segment substitution line (CSSL) Z519 with purple sheath was identified deriving from recipient Nipponbare and donor R225. Z519 contained 16 substitution segments with 6.85 Mb of average length, which were distributed on 11 chromosomes of rice except the 10th chromosome. The bud sheath of Z519 began to appear the purple color stripes when it was about 3 mm long. Then the purple stripes displayed on sheaths, leaf margins, vascular bundles of stem and stigmas. While all parts of Nipponbare were green. Anthocyanin content in leaf sheath of Z519 was significantly higher than that of Nipponbare, whereas no significant difference was in flag leaf. Compared with Nipponbare, plant height of Z519 was significantly decreased, spikelets number and grain number of main panicle, and 1000-grain weight of Z519 were significantly increased. There was no significant difference between Z519 and Nipponbare in the other traits such as panicle number, main panicle length and seed-setting rate. Then, F2 population from the cross of Nipponbare and Z519 were used for genetic analysis and gene mapping of the purple sheath. The purple sheath in Z519 was controlled by a single dominant gene, named as PSH1,
*
通讯作者 (Corresponding author): 赵芳明 , E-mail: zhaofangming2004@, Tel: 023-68250486
**
第一作者联系方式 : 周可 , E-mail: 960968356@, Tel: 023-68250486 URL: /kcms/detail/11.1809.S.20170327.0804.002.html
水稻紫鞘染色体片段代换系 Z519 的鉴定及 PSH1 候选基因分析
周 可 1,** 李 燕 1,2,** 凌英华 1 赵芳明 1,*
1
王世明 1
崔国庆 1
杨正林 1
何光华 1
西南大学水稻研究所 / 转基因植物与安全控制重庆市市级重点实验室 , 重庆 400716; 2 贵州省茶叶研究所 , 贵州贵阳 550006
等 ; 以及编码转录因子的调
节基因 , 如 R2R3-MYB 蛋白、 MYB 家族的 BHLH 蛋 白 、 WD40 蛋 白 基 因 家 族 [8-9] 等 。 WD40-bHLHMYB 形成的复合体主要影响其下游基因的表达 , 直 接调控花青素合成早期基因 但其转运过程尚未完全清楚
[10]
体亲本、西南大学水稻研究所自主选育的优良紫鞘 恢复系 R225 为供体亲本 , 经连续回交和自交并通过 表型和分子标记选择 , 在 BC3F7 获得的遗传稳定的 紫鞘染色体片段代换系。 用于遗传分析和基因定位的材料是以日本晴和 Z519 杂交产生的 F1 和 F2 隐性群体。 2014 年 3 月 8 日 , 将日本晴、 Z519 和 F2 种植于 重庆西南大学实验基地育苗。 4 月 15 日移栽 , 各栽 亲本 30 株及 F2 全部。每行栽 10 株 , 行、株距分别 为 26.4 cm 和 16.5 cm, 常规管理。
975
which was mapped on the chromosome 1 between InDel marker L03 and SSR marker L01 with the physical distance of 37.8 kb. By sequencing and gene-predicting in the region, Z519 had three bases (GTG) insertion in the GTG repeat area of the 238th252th base in the first exon compared with Nipponbare, which resulted in increasing a Gly amino acid. Furthermore, the expression of LOC_Os01g45910 was obviously decreased in Z519 by qRT-PCR analysis. Thus, LOC_Os01g45910 was preliminary identified as the candidate gene of PSH1. The results lay a good foundation for studying molecular mechanisms of regulating anthocyanin by PSH1. Keywords: Rice (Oryza sativa L.); Chromosome segment substitution line (CSSL); Purple sheath PSH1; Gene mapping
作物学报
ACTA AGRONOMICA SINICA 2017, 43(7): 974982 ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
/ E-mail: xbzw@
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2017.00974
1
Rice Research Institute, Southwest University / Chongqing Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops,
Chongqing 400716, China; 2 Tea Research Institute of Guizhou Province, Guiyang 550006, China
本研究由国家重点研发计划项目 (SQ2016ZY03001818)的 “ 水稻杂种优势利用创新技术研究 ” 课题 (2016YFD0101107)和重庆市重点实验 室能力提升项目 (cstc2014pt-sy80001)资助。 This study was supported by the subject “New Technology of Heterosis Utilization in Rice” (2016YFD0101107) in the National Key Research and Development Program (SQ2016ZY03001818), and Chongqing Key Laboratory Capacity Improvement Project (cstc2014pt-sy80001).
同等贡献 (Contributed equally to this work)
Received(收稿日期 ): 2016-11-25; Accepted(接受日期 ): 2017-03-01; Published online(网络出版日期 ): 2017-03-27.
第7期
周
可等 : 水稻紫鞘染色体片段代换系 Z519 的鉴定及 PSH1 候选基因分析
[4-7] [3] [2] [1]
本文进一步对该紫鞘染色体片段代换系 Z519 进行分子鉴定、形态分析、生理生化和重要农艺性 状评价 ; 对该紫鞘性状进行遗传分析、基因定位和 候选基因分析。研究结果对该紫鞘基因克隆和花青 素调控途径的分子机制研究有重要意义。
1
1.1
材料与方法
试验材料与田间种植
水稻染色体代换系片段 Z519 是以日本晴为受
Identification of Rice Chromosome Segment Substitution Line Z519 with Purple Sheath and Candidate Gene Analysis of PSH1
ZHOU Ke1,**, LI Yan1,2,**, WANG Shi-Ming1, CUI Guo-Qing1, YANG Zheng-Lin1, HE Guang-Hua1, LING Ying-Hua1, and ZHAO Fang-Ming1,*
要 : 花青素是广受人们喜爱的植物色素 , 在食品加工、杂种纯度鉴定中具有重要的作用。本研究鉴定了一个以
日本晴为受体、优良紫鞘恢复系 R225 为供体亲本的紫鞘水稻染色体片段代换系 Z519。 Z519 共含有 16 个代换片段 , 分布于除第 10 染色体外的其他 11 条染色体 , 平均长度为 6.85 Mb。 Z519 在芽鞘 3 mm 时鞘尖呈现紫色 , 其后在叶鞘、 叶缘、茎维管束和柱头等部位出现紫色线条 , 而日本晴各部位均为绿色。Z519 叶鞘中花青素含量极显著高于日本晴 , 剑叶中没有显著差异。 与受体日本晴相比 , Z519 的株高显著降低 , 千粒重、 主穗总粒数和实粒数显著增加 , 有效穗数、 主穗长和结实率无显著差异。进一步以日本晴与 Z519 杂交产生的 F1 和 F2 群体对紫鞘基因进行了遗传分析和分子定 位。该紫鞘表型受显性单基因控制 , 位于第 1 染色体 InDel 标记 L03 和 SSR 标记 L01 之间 37.8 kb 的区域 , 被命名为 PSH1。对该区间进行候选基因预测和测序 , Z519 在一个编码质体 ATP/ADP 转运蛋白的 LOC_Os01g45910 基因第一 外显子的第 238~252 碱基的 GTG 重复区又多插入了 GTG 3 个碱基 , 导致增加了一个甘氨酸。 qRT-PCR 结果进一步 表明其表达量在 Z519 中明显降低 , 初步确定 LOC_Os01g45910 是 PSH1 的候选基因。该研究为 PSH1 调控花青素的 分子机制奠定了良好基础。 关键词 : 水稻 ; 染色体片段代换系 ; 紫鞘 PSH1; 基因定位
花青素属类黄酮化合物 , 是一种天然的食用色 素 , 广泛存在于植物中 , 具有抗氧化、 预防心脑血管 疾病、抵御低温、抑制肿瘤细胞等生物功能 。花 青素的生物合成主要通过苯丙氨酸途径 , 即苯丙 氨酸在一系列酶的催化作用下生成过渡产物 4-香豆酸 CoA 和二氢黄酮醇, 最后生成各种花青素类似物 。 随着分子生物学的不断发展 , 已发现大量调控其合 成途径所需酶的结构基因 , 如 CHS 、 CHI 、 F3H 、 F3’H、 F3’5’H、 DFR
Abstract: Anthocyanins as plant pigments are widely liked by people and play a very important role in food processing and hybrid purity identification. Here, a rice chromosome segment substitution line (CSSL) Z519 with purple sheath was identified deriving from recipient Nipponbare and donor R225. Z519 contained 16 substitution segments with 6.85 Mb of average length, which were distributed on 11 chromosomes of rice except the 10th chromosome. The bud sheath of Z519 began to appear the purple color stripes when it was about 3 mm long. Then the purple stripes displayed on sheaths, leaf margins, vascular bundles of stem and stigmas. While all parts of Nipponbare were green. Anthocyanin content in leaf sheath of Z519 was significantly higher than that of Nipponbare, whereas no significant difference was in flag leaf. Compared with Nipponbare, plant height of Z519 was significantly decreased, spikelets number and grain number of main panicle, and 1000-grain weight of Z519 were significantly increased. There was no significant difference between Z519 and Nipponbare in the other traits such as panicle number, main panicle length and seed-setting rate. Then, F2 population from the cross of Nipponbare and Z519 were used for genetic analysis and gene mapping of the purple sheath. The purple sheath in Z519 was controlled by a single dominant gene, named as PSH1,
*
通讯作者 (Corresponding author): 赵芳明 , E-mail: zhaofangming2004@, Tel: 023-68250486
**
第一作者联系方式 : 周可 , E-mail: 960968356@, Tel: 023-68250486 URL: /kcms/detail/11.1809.S.20170327.0804.002.html
水稻紫鞘染色体片段代换系 Z519 的鉴定及 PSH1 候选基因分析
周 可 1,** 李 燕 1,2,** 凌英华 1 赵芳明 1,*
1
王世明 1
崔国庆 1
杨正林 1
何光华 1
西南大学水稻研究所 / 转基因植物与安全控制重庆市市级重点实验室 , 重庆 400716; 2 贵州省茶叶研究所 , 贵州贵阳 550006
等 ; 以及编码转录因子的调
节基因 , 如 R2R3-MYB 蛋白、 MYB 家族的 BHLH 蛋 白 、 WD40 蛋 白 基 因 家 族 [8-9] 等 。 WD40-bHLHMYB 形成的复合体主要影响其下游基因的表达 , 直 接调控花青素合成早期基因 但其转运过程尚未完全清楚
[10]
体亲本、西南大学水稻研究所自主选育的优良紫鞘 恢复系 R225 为供体亲本 , 经连续回交和自交并通过 表型和分子标记选择 , 在 BC3F7 获得的遗传稳定的 紫鞘染色体片段代换系。 用于遗传分析和基因定位的材料是以日本晴和 Z519 杂交产生的 F1 和 F2 隐性群体。 2014 年 3 月 8 日 , 将日本晴、 Z519 和 F2 种植于 重庆西南大学实验基地育苗。 4 月 15 日移栽 , 各栽 亲本 30 株及 F2 全部。每行栽 10 株 , 行、株距分别 为 26.4 cm 和 16.5 cm, 常规管理。
975
which was mapped on the chromosome 1 between InDel marker L03 and SSR marker L01 with the physical distance of 37.8 kb. By sequencing and gene-predicting in the region, Z519 had three bases (GTG) insertion in the GTG repeat area of the 238th252th base in the first exon compared with Nipponbare, which resulted in increasing a Gly amino acid. Furthermore, the expression of LOC_Os01g45910 was obviously decreased in Z519 by qRT-PCR analysis. Thus, LOC_Os01g45910 was preliminary identified as the candidate gene of PSH1. The results lay a good foundation for studying molecular mechanisms of regulating anthocyanin by PSH1. Keywords: Rice (Oryza sativa L.); Chromosome segment substitution line (CSSL); Purple sheath PSH1; Gene mapping
作物学报
ACTA AGRONOMICA SINICA 2017, 43(7): 974982 ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
/ E-mail: xbzw@
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2017.00974
1
Rice Research Institute, Southwest University / Chongqing Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops,
Chongqing 400716, China; 2 Tea Research Institute of Guizhou Province, Guiyang 550006, China
本研究由国家重点研发计划项目 (SQ2016ZY03001818)的 “ 水稻杂种优势利用创新技术研究 ” 课题 (2016YFD0101107)和重庆市重点实验 室能力提升项目 (cstc2014pt-sy80001)资助。 This study was supported by the subject “New Technology of Heterosis Utilization in Rice” (2016YFD0101107) in the National Key Research and Development Program (SQ2016ZY03001818), and Chongqing Key Laboratory Capacity Improvement Project (cstc2014pt-sy80001).
同等贡献 (Contributed equally to this work)
Received(收稿日期 ): 2016-11-25; Accepted(接受日期 ): 2017-03-01; Published online(网络出版日期 ): 2017-03-27.
第7期
周
可等 : 水稻紫鞘染色体片段代换系 Z519 的鉴定及 PSH1 候选基因分析
[4-7] [3] [2] [1]
本文进一步对该紫鞘染色体片段代换系 Z519 进行分子鉴定、形态分析、生理生化和重要农艺性 状评价 ; 对该紫鞘性状进行遗传分析、基因定位和 候选基因分析。研究结果对该紫鞘基因克隆和花青 素调控途径的分子机制研究有重要意义。
1
1.1
材料与方法
试验材料与田间种植
水稻染色体代换系片段 Z519 是以日本晴为受
Identification of Rice Chromosome Segment Substitution Line Z519 with Purple Sheath and Candidate Gene Analysis of PSH1
ZHOU Ke1,**, LI Yan1,2,**, WANG Shi-Ming1, CUI Guo-Qing1, YANG Zheng-Lin1, HE Guang-Hua1, LING Ying-Hua1, and ZHAO Fang-Ming1,*