水稻突变体胚乳凹陷形态发育建成与qNB10精细定位(2)
水稻的胚乳细胞可分为两类， 一类是由胚乳表层细胞转化来的糊粉层细胞、具有吸收灌浆物质和集积灌浆废物的功能， 其化学组成成分复杂，背部分布较多，腹部较少； 另一类是处在胚乳表层内， 贮藏淀粉和蛋白质的内胚乳细胞，其占胚乳细胞的 90%以上[7-8]。胚乳的发育模式有三种：细胞型、核型与沼生目型，水稻胚乳的发育类型为核型胚乳，其特征是原初胚乳核经历数轮分裂而胞质不分裂，形成由许多游离核在中央细胞中靠边缘排列的合胞体，随后胞质开始分裂，由四周逐渐向中央液泡推进，直至胚乳全部细胞化[9]。胚乳发育可分为四个时期：合胞体时期、细胞化时期、生长分化时期（导致特异性组织分化）、成熟时期（储藏物的积累及脱水耐受和休眠） [10]。胚乳的发育是一个复杂的过程，一直以来，人们通过胚乳突变体来研究胚乳发育相关的基因，并取得重要进展。水稻胚乳突变主要来源于自然突变、物理诱变、化学诱变和插入诱变[11-12]。 Kang 等[11]发现一个磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 OsPPDKB 缺失的突变体 flo4，研究表明 OsPPDKB基因在水稻灌浆中具有调节碳代谢的作用。 Yano[1 3 ]和 Satoh[1 4]分别于 1985 年和 1986 年发现粉质米性状由 flo 不同等位基因控制。矢野昌裕等[1 5]研究发现控制皱褶胚乳性状的四个基因位于三个不同的基因位点上，首次在水稻上确认与皱缩胚乳形状有关的四种基因的存在。目前已定位并克隆的一部分水稻胚乳突变基因中主要是影响淀粉的合成和精细结构的基因，如 flo2、 flo4、 flo5[1 6-1 8]； 还有一些主要影响谷蛋白的合成，导致谷蛋白合成前体聚增，如 OsRab5a、 OsVPS9A、 gpa3[19-21 ]。研究发现一些水稻品种的种子在灌浆过程中，胚乳会出现弯曲生长，并伴随有垩白、褶皱等现象，导致籽粒的质量下降，并且在稻米加工的过程中容易碎裂，降低了稻米的加工和食用品质，影响水稻的精米率[22]。研究胚乳弯曲的遗传及生理机制有利于阐述胚乳灌浆机制和并且运用到育种中提高水稻的产量。 对胚乳凹陷遗传机制的研究已有许多报道， 表明胚乳凹陷性状具有稳定遗传性。 Morinaga 等[23 ]研究认为 F2 代胚乳凹陷米和正常米的分离比为 3:1，由单个基因控制， Ghose 等[24]研究认为 F2 代分离比为 13:3，由一对具有抑制作用的基因控制， Pavithran[22]和 Xiong 等[25]研究发现在 F2 代的分离比为9:7，由一对互补显性基因控制，且正反交结果表明其不受胞质效应影响。 李龙等[25]以水稻胚乳凹陷品系 L1042 与无胚乳凹陷品种南京 11 构建的 F2 群体为材料，对水稻胚乳凹陷性状进行 QTL 分析，检测到 7 个 QTL，分别是 qPNG-2、qPNG-3、qPNG-5、qPNG-6、qPNG-8、 qPNG-10。且相关分析表明，胚乳凹陷性状与粒宽呈正相关，与粒长、长宽比呈负相关。本研究从田间筛选到一个水稻自然突变体材料 9522， 胚乳在灌浆过程中显著弯曲并凹陷，对其产量具有显著的影响。前期工作利用此突变体 9522 与粳稻品种龙特普（粒型相似）构建的 BC2F2 回交分离群体，在 10 号染色体上获得了控制胚乳畸形发育的主效 QTL qNB10， 位于 RM3773 和 RM1146 标记之间。现从回交分离群体 BC2F3 群体中筛选交换株，开发新的标记对其进行精细定位，发掘新的影响水稻胚乳灌浆过程中的相关基因，探讨其对水稻胚乳发育的遗传机制。同时分析胚乳籽粒凹陷的形态建成过程，为以后水稻胚乳发育相关基因的克隆和功能分析奠定基础，改良水稻胚乳发育遗传性状提供理论依据。