普通野生稻中S5 n 基因的鉴定及其胚囊育性研究

普通野生稻具有丰富的遗传多样性, 蕴藏许多有利基因. 利用S₅ ⁿ功能性标记对来自中国14 个不同居群的441 份普通野生稻进行检测, 发现其中18 份可能携带有S₅ ⁿ 基因, 全部为杂合型, 分别来自5 个居群, 包括广东遂溪13 份, 广西玉林2 份, 海南临高、广东高州和江西东乡各1 份. 进一步对这些材料 S₅ 座位可能存在的缺失及其两端DNA 进行测序, 发现全部材料缺失的DNA 片段都与已知携带有S₅ ⁿ 的品种02428 一致, 说明这18 份材料确实存在S₅ ⁿ  基因. 对其中的15 份材料自交一代进行基因型检测, 检测到3 种不同的基因型植株, 其分离比(S₅ ⁱ S₅ ⁱ/S₅ ^j S₅ ^j :S₅ ⁿ S₅ ^i/j :S₅ ⁿ S₅ ⁿ)严重偏离1:2:1, 其中S₅ ⁿ 的杂合型和纯合型植株比例明显偏少, 说明部分S₅ ⁿ配子可能无法正常受精. 对4 份代表性材料的S₅ 座位进行全序列测定并与栽培稻比较, 显示普通野生稻S₅ ⁿ  序列出现少数碱基的差异. 初步推测S₅ ⁿ基因在普通野生稻中已形成, 属于古老的基因. 对携带有S₅ ⁿ材料的胚囊育性进行研究, 发现育性总体偏低, 表明这些材料还可能存在除S₅ 座位外决定胚囊育性其他座位的互作.     

基于功能性标记和测序发掘携带有S5n基因的水稻新种质

水稻籼粳亚种间杂种具有强大的生物学优势, 但杂种F1普遍高度不育, 难以直接利用. S₅ⁿ基因可以克服由S₅基因座位互作引起的杂种不育性. 目前S₅ⁿ基因已被成功克隆, 该基因功能区存在大片段的缺失DNA, 为快速并准确发掘携带有S₅ⁿ的水稻新种质提供基础. 本文将S₅ⁿ基因序列与日本晴相对应序列进行比对, 在S₅ⁿ基因缺失DNA的两端设计引物, 对已知携带有S₅ⁿ和不携带有S₅ⁿ基因(但携带有S₅ⁱ或S₅^j)的水稻材料进行PCR扩增检测, 建立S₅ⁿ基因的功能性标记. 利用该标记对我国水稻微核心种质进行检测, 其中有10个品种的S₅座位中存在DNA片段缺失, 这些品种可能携带有S₅ⁿ基因. 这些品种包括毫补卡、小红谷、老造谷、三磅七十箩、木邦谷、魔王谷内杂、饭毫皮、飞蛾糯2、包协-7B和特青选恢等, 其中除三磅七十箩和老造谷外, 其余的8个品种均未见报道携带有S₅ⁿ基因. 对存在缺失DNA的10个品种的扩增片段进行测序, 发现全部品种S₅座位的缺失DNA片段都与02428和零轮(已知携带有S₅ⁿ)的一致, 说明这10个品种S₅座位的基因也是没有功能的, 证明确实存在S₅ⁿ基因.     

水稻S5n 基因的分子进化及功能比较

S₅ⁿ基因是克服水稻亚种间杂种胚囊不育性最主要因子之一, 了解其序列特征对于揭示其起源或进化以及在分子育种上的应用具有重要意义. 本文以48 份携带有S₅ⁿ 的栽培稻品种和野生稻为材料, 通过对其S₅ⁿ 的全序列进行测定, 并选择在 编码区序列差异较大的品种(系)与籼粳测验种进行测交组配F₁, 研究不同序列S₅ⁿ 在克服水稻亚种间杂种胚囊不育性效应的差异. 结果表明, 48 份材料的DNA全序列与对照02428 完全一致的有15 份, 其他33 份存在不同程度的变异. 变异位点, 包括 颠换、转换和缺失等, 共有24 个. 编码区的变异主要发生在外显子2, 其中变异最大的8 份材料在1710~1719 bp 处缺失了10 个碱基, 包括尼瓦拉野稻IRW501 和栽培稻品种粤泰B等. S₅ⁿ序列变异没有偏向性, 说明S₅ⁿ是中性进化基因. 通过构建S₅ⁿ 全序列及其编码区编码氨基酸系统NJ 树, 将48 份材料归为4 类, 其中大部分的栽 培稻聚成一类, 普通野生稻聚成一类, 8 份缺失10 个碱基的材料聚为一类, 其他的材料聚成一类. 利用WE-CLSM (whole-mount eosin B-staining confocal laser scanning microscopy)对测交F₁ 的胚囊育性观察表明, 不同S₅ⁿ 序列材料组配测交F₁ 的胚囊育性均比对照明显增加, 彼此间没有显著差异, 显示它们都能克服亚种间的胚囊不育性, 也间接证明S₅ⁿ 是功能缺失基因.