本文關(guān)鍵詞：基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)三系雜交水稻低結(jié)實(shí)率原因初探

  更多相關(guān)文章： 轉(zhuǎn)錄組 三系雜交水稻 結(jié)實(shí)率

【摘要】：水稻作為全世界的主要糧食作物之一,在世界糧食安全中具有舉足輕重的作用。三系雜交稻的推廣和應(yīng)用為我國(guó)乃至世界的糧食生產(chǎn)作出了巨大貢獻(xiàn)。但是,隨著城市化進(jìn)程加快,耕地面積逐年減少,農(nóng)村勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移,而同時(shí),我國(guó)人口數(shù)量卻在不斷增長(zhǎng),糧食需求不斷增加,我國(guó)糧食安全受到越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。進(jìn)一步挖掘雜交水稻產(chǎn)量潛力,提高水稻單產(chǎn)能力,確保水稻總產(chǎn)穩(wěn)步提高,從而保證我國(guó)的糧食安全,是育種工作者面臨的首要任務(wù)。結(jié)實(shí)率是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素之一,在三系雜交水稻生產(chǎn)中表現(xiàn)尤為突出。正常情況下,三系雜交水稻組合的結(jié)實(shí)率一般只有80%左右,而常規(guī)水稻品種和兩系雜交稻品種的結(jié)實(shí)率都比雜交水稻高,且二者差異明顯。同時(shí)也預(yù)示出三系雜交稻產(chǎn)量還有巨大的提升空間,如果能將其結(jié)實(shí)率同樣提高到常規(guī)稻結(jié)實(shí)率,將為三系雜交稻的產(chǎn)量水平帶來(lái)一個(gè)質(zhì)的飛躍。因此,開(kāi)展三系雜交稻結(jié)實(shí)率相關(guān)遺傳研究,揭示三系雜交稻結(jié)實(shí)率遺傳控制機(jī)理,從而實(shí)現(xiàn)有效的人工改良和控制,達(dá)到顯著提高三系雜交稻的結(jié)實(shí)率水平,進(jìn)而提高三系雜交稻產(chǎn)量水平的目的,具有十分重要的意義。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展,涌現(xiàn)出大量以基因組測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等為代表的遺傳研究新興技術(shù)和手段,為我們開(kāi)展結(jié)實(shí)率相關(guān)研究提供了新的途徑和突破口。本實(shí)驗(yàn)室前期選育出一個(gè)三系不育系G80A,在常年的組配中發(fā)現(xiàn)其與任何恢復(fù)系組配的結(jié)實(shí)率始終在60%左右,并受高溫條件的嚴(yán)重影響,是研究三系雜交水稻低結(jié)實(shí)率的一個(gè)極端表型材料。本研究利用G80A、G80B分別和蜀恢527做雜交F1為研究對(duì)象,在常溫和高溫處理?xiàng)l件下,通過(guò)對(duì)孕穗期幼穗進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、表達(dá)差異分析和生物信息學(xué)分析,篩選結(jié)實(shí)率相關(guān)控制基因。并將獲得的目標(biāo)基因在雜交組合G80A/蜀恢527、G80B/蜀恢527、II-32A/蜀恢527、11-32B/蜀恢527、G46A/蜀恢527和G46B/蜀恢527上進(jìn)行了Q-PCR驗(yàn)證。獲得初步結(jié)果如下：1、花粉育性檢測(cè)結(jié)果表明：在常溫處理?xiàng)l件下,所有雜交稻組合花粉染色都是正常的�？梢耘懦�?yàn)榛謴?fù)力不夠?qū)е禄ǚ塾圆贿^(guò)關(guān),而引起結(jié)實(shí)率下降。2、常溫處理下,G80A/蜀恢527的結(jié)實(shí)率為62%,Ⅱ-32A/蜀恢527和G46A/蜀恢527的結(jié)實(shí)率分別為80%和78%。G80B/蜀恢527的結(jié)實(shí)率為93%,Ⅱ-32B/蜀恢527和G46B/蜀恢527的結(jié)實(shí)率分別為90%和93%。說(shuō)明三系不育胞質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致三系雜交稻結(jié)實(shí)率降低。3、高溫處理下G80A/蜀恢527的結(jié)實(shí)率為31%,Ⅱ-32A/蜀恢527和G46A/蜀恢527的結(jié)實(shí)率分別為42%和45%。G80B/蜀恢527的結(jié)實(shí)率為56%,Ⅱ-32B/蜀恢527和G46B/蜀恢527的結(jié)實(shí)率分別為65%和66%。說(shuō)明高溫影響水稻結(jié)實(shí)率,而三系雜交稻結(jié)實(shí)率受高溫影響更明顯。4、通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、差異基因比對(duì)篩選和Q-PCR驗(yàn)證,獲得影響三系雜交水稻結(jié)實(shí)率的可能的差異基因6個(gè)。分別是：LOC_Os02g52780、LOC_Os03g60080、 LOC_Os05g38290、LOC_Os05g41780, LOC_Os08g43700、LOC_Os12g02980,這些基因在三系雜交水稻幼穗中的表達(dá)量都顯著低于正常水稻幼穗。5、通過(guò)差異分析篩分別選出常溫和高溫下G80A/蜀恢527的差異基因以及G80B/蜀恢527的差異基因,再通過(guò)比對(duì)獲得后者與前者相異的基因,并將這些基因與高溫下G80A/蜀恢527和G80B/蜀恢527的差異基因相對(duì)比,找出其中相同的差異基因,再將這些基因進(jìn)行G0富集分析和KEGG通路分析,找到了22個(gè)可能與三系雜交水稻在高溫下的結(jié)實(shí)率降低過(guò)快相關(guān)的基因。綜上所述,本研究利用一份三系雜交稻低結(jié)實(shí)率極端材料,通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、差異基因比對(duì)篩選、Q-PCR驗(yàn)證、G0富集分析和KEGG通路分析等分析,獲得6個(gè)可能與三系雜交水稻低結(jié)實(shí)率相關(guān)的基因和22個(gè)可能與三系雜交水稻在高溫下的結(jié)實(shí)率降低過(guò)快相關(guān)的基因。通過(guò)進(jìn)一步確認(rèn)和解析這些基因的功能,將有助于解析三系雜交稻結(jié)實(shí)率控制的遺傳機(jī)理,并為三系雜交稻結(jié)實(shí)率的分子改良奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)錄組 三系雜交水稻 結(jié)實(shí)率
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S511
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-19
• 1.1 水稻結(jié)實(shí)率研究進(jìn)展10-11
• 1.2 高溫對(duì)水稻結(jié)實(shí)率的影響11-12
• 1.2.1 花粉不育11-12
• 1.2.2 花藥開(kāi)裂出現(xiàn)問(wèn)題,花粉量不足12
• 1.2.3 花粉活力不足,蔭發(fā)能力降低12
• 1.3 轉(zhuǎn)錄組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序概念解析12-13
• 1.4 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)進(jìn)展13-17
• 1.4.1 第一代測(cè)序技術(shù)13-14
• 1.4.2 第二代測(cè)序技術(shù)(高通量測(cè)序技術(shù))14-16
• 1.4.3 第三代測(cè)序技術(shù)16
• 1.4.4 三代測(cè)序技術(shù)比較16-17
• 1.5 選題依據(jù)及研究的目的和意義17-19
• 第二章 材料與方法19-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料19
• 2.1.1 水稻材料19
• 2.1.2 生化試劑和耗材19
• 2.1.3 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序公司19
• 2.1.4 儀器設(shè)備19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備19-21
• 2.3 花粉育性檢測(cè)和結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)21
• 2.4 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)路線21-22
• 2.5 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)22-24
• 2.5.1 測(cè)序錯(cuò)誤率檢測(cè)22
• 2.5.2 GC含量的檢測(cè)22-23
• 2.5.3 原始數(shù)據(jù)組成23
• 2.5.4 表達(dá)水平飽和曲線檢測(cè)23
• 2.5.5 RNA-seq相關(guān)性檢測(cè)23-24
• 2.6 差異基因的篩選24-25
• 2.6.1 影響三系水稻結(jié)實(shí)率的差異基因的篩選24
• 2.6.2 導(dǎo)致三系雜交水稻高溫敏感的差異基因的篩選24-25
• 2.7 差異基因的GO富集和KEGG代謝通路分析25
• 2.8 差異基因的實(shí)時(shí)熒光定量PCR驗(yàn)證25-27
• 2.8.1 定量引物的設(shè)計(jì)和篩選25-26
• 2.8.2 qPCR驗(yàn)證26-27
• 第三章 結(jié)果與分析27-48
• 3.1 各組合常溫下花粉育性檢查27-28
• 3.2 各組合的結(jié)實(shí)率28
• 3.3 RNA的提取和檢測(cè)28-29
• 3.4 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果29-31
• 3.4.1 GC含量分布圖分析結(jié)果29-30
• 3.4.2 基因表達(dá)水平飽和曲線30-31
• 3.4.3 RNA-seq相關(guān)性31
• 3.5 差異基因篩選結(jié)果31-48
• 3.5.1 各組合差異基因分析31-32
• 3.5.2 引起三系雜交水稻結(jié)實(shí)率較低的差異基因的選擇32-33
• 3.5.3 影響三系雜交水稻結(jié)實(shí)率差異基因的qPCR驗(yàn)證結(jié)果33-43
• 3.5.4 引起三系雜交水稻高溫條件下結(jié)實(shí)率降低過(guò)快基因的篩選43-48
• 第四章 討論及后續(xù)研究設(shè)想48-51
• 4.1 討論48-49
• 4.1.1 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序是快速獲得表型相關(guān)基因的有效手段48
• 4.1.2 三系不育胞質(zhì)可能通過(guò)調(diào)控細(xì)胞核基因表達(dá)影響三系雜交稻結(jié)實(shí)率48-49
• 4.1.3 三系雜交稻對(duì)高溫更敏感49
• 4.2 試驗(yàn)小結(jié)與后續(xù)研究設(shè)想49-51
• 4.2.1 試驗(yàn)小結(jié)49
• 4.2.2 后續(xù)研究設(shè)想49-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 致謝55-56

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本文編號(hào)：1018435