（作物遗传育种专业论文）一份新型水稻极度分蘖突变体的遗传分析及微卫星定位.pdf

论文独创性声明 本人郑重声嘲：掰星交纳学饿论文是我个入在导酃指导下进行研究工作所取褥瀚 成聚。尽我所知，除了文中特别加以标注和数谢的地方外，学位论文中不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也z j 包含为获褥四川农业大学或蒺它教育枫 掇豹学位或证书t f 莠搜耀过豹毒薹瓣。与我一翳工佟魏曩恚瓣本瓣究繇锻黪经餐贡献均已 在论文中作了嘲确的说明并表示了谢意。 礤究生签名 蒋专驾 瞳年多箕，s 爨 关予论文使粥授极的毒聪 本人宠全了解淄l l 农韭大学有关僳留、使潮学位论文的援定，啡；学校有救傈留弗向国家有 关部门溅机构送交论文的复印锌翮电子舨，允许德文被蠢阕秘髅阙，可没采鹾影印、鳕印袋扫接 等簸制手段保存、汇编学位论文。问意翻川农业大学可以用不同方式在不同媒体上凝表、传播学 俄论文的垒部或部分内容。 研究生憋名 导师签名 藉磁凇每s 键 g 髓 年爿翻 摘要 承稻是缴舞上簸重要酌粮食作耪之，氆界上拳数吸二豁入翻以水稻为主食。分 蘖是影响水稻与小麦等主要农作物穗数多少劳进丽影响单产的重臻农艺性状之一；分 蘖又怒单子叶植物在生长发育过程中形成的种特殊的分枝特性，极具有重要的发育 生物学特性。因此，对东糕分蘖娓磅究蔡煮重要约毽淦意义移癍婿掺徨。通过对甥荚 突变体的研究，人们已获得关于水稻分蘖的一些知识。为了研究水稻分蘖发生的复杂 辊制，迫切需要寻找和筛选出各种类型的突变体，戳便分离出籀波的突变基闵，进而 研究这些基因控制水稻分蘖的机制。 从水稻保持系绵香1 b ( m 1 b ) 和一份雄性核不育材料( g e n e t i cm a l es t e r i l e ，g m s 一1 ) 赦杂交f 2 钱中发瑗一撩极凄分蘩突变体( 分藜数达1 2 1 ) ，命名为e x t - m 1 b 。除了在 分蘖数上表现出差辫外，e x t m i b 同野生型植株相比在株离、茎、叶等袭型上琏i 有显 著的不同，其主要特征是：极度分蘖、时细、色淡、穗子短小和丰囊株矮化。用突变体 与正掌分羹和接株形态的水稻晶砖2 4 8 0 b 、d 6 2 b 、g 4 6 b 、g 6 8 3 b 、m 1 b 进行正反交 配制杂交组含构建f 2 群体。 对嚣配翻靛杂交缝合进行遗传分掰，络巢表甓无沦燕交还是反交，掰寿缝合f ， 代均表现为正常亲本的表犁。根据f 2 代表型及x2 测验表明，正常植株与突变体的比 倒符合一对熬因控制的分离比3 ：i ，表明该突变性状受单隐性梭基因掩制。潲时， 极度分蘖性状与株舞变矮共分裹，摄此攘测突变馋e x t - m 1 b 极度分蘖特性与橡裹矮化 现象刚能受嗣一隐性基因控制的一因多效或紧密连锁。 遗彀符螽度高虽群俸较大秘2 4 8 0 b e x t - m 1 t 3 静f z 代分离器体作定位群箨。它包 括6 0 2 个隐性单株和1 8 6 5 个显性单株。用比较均匀分布于水稻1 2 条染色体一卜的5 2 0 对微卫星引物对亲本2 4 8 0 b 和e x t m t b 进行s s r 筛选，结果有5 4 对引物在亲本问出 耀多态性，多态牲频率为8 8 9 。分别遐砻亲本闻表联多态蠛数标记对2 4 8 0 b e x t - m 1 b 的f 2 的6 0 2 个隐性单株进行s s r 分析，用m a p m a k e r 软件进行连锁分析，构建 e x t m 1 b 授浚分蘩蒸因静简帮分予连锁图。绪采表嘲，该极度分蘩基因位于永稻第6 染色体短臂，与微卫星标记r m l 9 7 、r m 2 2 5 和r m 5 8 4 紧密连锁，其遗传距离分别 为：3 8 c m ，5 ic m 和5 2c m 。根据现有资料，浚基因是首次发现和初步定位，将其 餐愈名为e x t - m 1 b ( t ) 。 关键调：永稻；极度分蘩基因；遗传分析；基因定位；微卫星稀记 a b s t r a c t r i c ei so n eo ft h em a j o rf o o ds o u r c e s 。w h i c hi st h i 嬲t ow h e a ta n dm a i z ei nt h ew o r l d t o t a l p r o d u c t i o no ff o o dg r a i n s t i l l e r i n gi nr i c e ( o r y z as a t i v al 。) i s a i li m p o r t a n t a g r o n o m i ct r a i tt h a td e t e r m i n e sg r a i np r o d u c t i o n ，a n di ti sp o i n t e do u tt h a tt i l l e rn u m b e r s h o u l db em o d e r a t ei ns u p e r - r i c e a sas p e c i a lk i n do f b r a n c ho f m o n o c o t y l e d o n o u sp l a n t s ， r i c et i l l e r i n gi sa l s oo f d e v e l o p m e n t a li m p o r t a n c e t h e r e f o r e ，t i l l e r i n go fr i c ei so n eo ft h e f o c u s e si nr i c eg e n e t i ca n dd e v e l o p m e n t a lr e s e a r c h ar i c em u t a n tw i 氆黼e x c e s s i v et i l l e rn u m b e r , d e s i g n a t e de x t m lb 1w a sf o u n di nt h e f 2p r o g e n i e sg e n e r a t e df r o mt h ec r o s so fm 1 ba n dg m s l ( ag e n e t i cm a l es t e r i l e ) w h o s e n u m b e ro ft i l l e r sw a s1 2 1 。t h ee x c e s s i v et i l l e r i n gm u t a n te x t m i ba l s or e s u l t e di n s i g n i f i c a n tc h a n g e si nh e i g h to f p l a n t ，f l a gl e a f ，s t e m ；f i l l e dg r a i n s p e rp a n i c l e ，p r o d u c t i v e p a n i c l e sp e rp l a n t - - t h ep l a n th e i g h ts h o r t e n e da b o u tt h r e eq u a r t e r s ；t h el e a v e sw e r es h o r t a n dn a r r o wr e m a r k a b l y ；t h ep r o d u c t i v ep a n i c l e sp e rp l a n ti n c r e a s e d ；t h ef i l l e dg r a i n sp e r p a n i c l eb e c a m er e d u c e d t h ei n b r e e d i n gp r o g e n i e so fe x t m ibs h o w e dt h es a m em u t a n tp h e n o t y p e t h e c r o s s e sf r o me x t - m 1 b ，m 1 转，m 1 b ，e x t - m l b ，2 稻o 妊e x t - m 1 b ，d 6 2 b e x t m 1 b g 4 6 b e x t m 1 ba n dg 6 8 3 b ，e x t - m i be x p r e s s e dn o r m a lf i l l e t i n gi nf l 、a n ds e g r e g a t e di n t ot h e t w od i f f e r e n tp h e n o t y p e s ，n o r m a lt i l l e r i n gt y p ea n de x c e s s i v et i l l e r i n gt y p ei nt h er a t i oo f 3 ：l 洒f 2 a tt h es a m e t i m e ，i tw a sf o u n dt h a tt h ep h e n o t y p e so fe x c e s s i v et i l l e r i n ga n d n o r m a lt i l l e r i n gp l a n t si nf 2p o p t f l a t i o n sw e r es i m i l a rt ot h a to fe x t m 1 ba n da n o t h e r c o r r e s p o n d i n gp a r e n t sw i t hn o r m a lt i l l e r i n gr e s p e c t i v e l y , m a dt h e r ew a s n ot a l li n d i v i d u a li n t h ee x c e s s i v et i l l e r i n gp l a n t sa n dn od w a r fi n d i v i d u a li nt h en o r m a lt i l l e r i n gp l a n t s t h e s e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee x c e s s i v et i l l e r i n gt r a i to fe x t - m 1 bi sc o n t r o l l e db yo n er e c e s s i v e n u c l e a rg e n e t h ef 2p o p u l a t i o no f2 4 8 0 b | e x t - m tbw a su s e da st h em a p p i n gp o p u l a t i o no ft h e m u t a n tg e n e i tc o n s i s t e do f6 0 2r e c e s s i v ee x c e s s i v et i l l e r i n gi n d i v i d u a lp l a n t sa n d 8 6 5 h o m o l o g o u sd o m i n a n tn o r m a lt i l l e rn u m b e ri n d i v i d u a lp l a n t s t b eg e n o m i cd n ao f p a r e n t s ，2 4 8 0 ba n de x t - m 1b ，w e r ea m p l i f i e dw i t h5 2 0p a i r so fp r i m e r so fm i c r o s a t e l l i t e m a r k e r sw e l l d i s 枉i b u t e do n1 2c h r o m o s o m e si nr i c e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er a t i oo f p a r e n t a lp o l y m o r p h i s mi s 8 8 9 ，t h eg e n o m i cd n ao ff 2r e c e s s i v ei n d i v i d u a l sw a s 2 a m p l i f i e dw i t ht h ep a r e n t a lp o l y m o r p h i s mo fm i c r o s a t e l l i t em a r k e r s + t h er e s u l t ss u g g e s t e d t h a tt h e r ei sal i n k a g er e l a t i o n s h i pb e t w e e nr m 5 8 4 ，r m 2 2 5 ，r m l9 7a n dt h et a r g e tg e n e t h el i n k a g em a po ft h ee x c e s s i v et i l l e r i n gm u t a n tg e n ew a sc o n s t r u c t e dw i t ht h e s e g r e g a t i o nd a t ao ft h ep l a n tt i l l e r i n ga n dm i c r o s a t e l l i t em a r k e r so ft h ef 2m a p p i n g p o p u l a t i o no f 2 4 8 0 b e x t - m 1 b + t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee x c e s s i v et i l l e r i n gg e n ew a s l o c a t e do nt h es i d eo ft h em i c r o s a t e l l i t em a r k e r s ，r m l 9 7 ，r m 5 4 8 ，a n dr m 2 2 5 ，o nt h e s h o r ta r n lo fr i c ec h r o m o s o m e6n e a rc e n t r o m e r er e g i o n ，a n dt h eg e n e t i cd i s t a n c ef r o mt h e t a r g e tg e n et ot h em a r k e r s ，t c m l 9 7 ，r m 5 8 4 ，a n dr m 2 2 5 ，w a s3 8 c m ，5 1c m ，a n d5 2c m ， r e s p e c t n e l y t h i sg e n e ，p r o b a b l yb e i n gan e w e x c e s s i v et i l l e d n gg e n ei nr i c e ，i sd e s i g n a t e d t e n t a t i v e l ya se x t - m 1 b ( t ) 。 k e yw o r d s ：o r y z as a t i v a ；e x c e s s i v et i l l e r i n gg e n e ；g e n e t i ca n a l y s i s ；g e n em a p p i n g ； m i c r o s a t e l l i t em a r k e r 3 l 文献综述 1 水稻的形态建成及相关突变体研究 植物静形态包括绝下鄢分的裰鞠地上部分的茎、时、花和梁实。从静予蓊袋弱植 袜戚熬，植鹈在送行它瀚生长发育的嗣时菇实氇在完成它的澎态建成过程。人们总楚 扶发育的角发求说骥撼貔麴形态建成。生长发旁( g y o w t ha n dd e v e l o p m e n t ) 蹩毽物 饩溅活动瓣必然结鬃，生妖发蠢生璎主要鹾究接物豹蛰获、分纯、发露懿过稷秽本联。 具体寒澄，它包括缨腿豹分裂、 串长、分 乞，蠢至形态建成( m o r p h o g e n e s i 8 ) 的冬 个方面：神予萌发、搬、鏊、叶的生长以及开花、结实、衰老、死 三= 嚣过程，它是务 神生命滋动蛉综合表现。棱物的形态建成魁由基因控测躲，这些基因柱特定的肉环壤 ；外环境的相互作用下，以定的时问和空间顺序袭达。其产物履褥特定的! l ：遐生化 功能，使得细胞得以分化，组织器官得以生长发育。植物分子遗传学窳从分离发育突 变体入手认谚 鏊闲并取得很大成功。因此，植物的发育突变体对我们彻底搞清橇物发 育过程，深刻理懈发育( 植物形态建成) 的调控机理鼹有霆要意义。就高等植物而富， 人们己从对种予蒴发、茎# | 分化、开花、受精与种胚形成等发育攀件的描述，发艘到 在分子承乎上嗣逻灵敏睽方法梭溅内源激豢瀚分布及含羹变化，磷究细胞与缁藏之闷 豹僚怠交流，测定酶的含鬃、活经、结构、作嗣像点簿。分子，e 秘学及分子遗传学瀚 逐蘧发震，绘磅究高等植黪发商提了强有力的工爨，健褥发育阕邋翡研究裁为生命科 学研究的翦、搬领域。 檀甥在代落生理瓣基锻上，表蠼滋生长帮发密。驻黪发生是缝貔生长菠秀中驰一 个起始阶段。从食予开始缀过4 细腿期和9 细腿期、球粼疑和心形聪之后，在鱼鬣胚 时期形成了具有蒸本植株构件的顶端分生组织。胚胎形态发生的研究阐明了幼黼主体 媲织和胚胎模式建成之耐的联系，荠从胚胎模式建成突变体研究中，获得了接椿躲璺三 艮发育调。谛机制非常重要的知识。单子叶植物姐胚胎发育于双子 _ 植物的胚胎发育过 程蒸本相似，但是，单子时植物胚胎发生过程中形成结构较复杂的成熟胚，胚分化形 成较为完薷韵、热有时原藻翻胚根分优等缭构，并濑过徽管暇弓| 闻把他们连接起来， 闲丽，成熟瓶几乎包台营养生长输教所有静器官，鲔蔫问组缀、幼叶鞭基、微替系统 和鞭根等。翻如，东稻的觚胎在毅粉3 天内保持球状，4 天后，心行籁腹面细胞突出， 骶芽鞘歼始分纯，穰浚茎秘憝摄分生缝织变褥嚼程。第5 天，释芽鞘帮詹片逐逮长大， 篱l 咛簌鳌歼戆分诧。l 天嚣，器官发生萋奉缡象。秘其想采本科德褥襻，求稻 黪发生过程菲攀复杂，黪蜓骜不弱耱特器器宫，翔瓣片、憝棼鞘茅羹终隧时豹璧三藏。 4 植物腿胎发生的磺究最麓要的疆究成粜之是胰许多题滁模式建成突变终熬磺 究中发现的的一类同源异型俞基因( h o m e o b o xg e n e ) ，它们是生物发育的鬟要调控基 因，溺时对植物瓣茎毅分奎组织( s a m ) 静发育调控氇起重要箨稻。第4 个在耱物 中克隆到的同源异形愈基因足玉米的k n o t t e d ，印m 彤基因，它在胚胎发生中早期表达， 对玉米的茎端分生组织形成超重要作用( k e r s t e t t e r 等，1 9 9 5 ) i l 】。从水稻中克隆出 鲢3 令阉潺癸形鑫基毽o s k ni ( o s h 髟，o s k n2 鞫o s k n3 与接h 影离瘦爨潺 ( p o s t m a h a a r s m a 等，1 9 9 9 ) 2 1 。o s k n3 产物同玉米的r s l 的产物的氨基酸序列8 8 寿翁经，箕表这方式同r s 也相似。在水稻中已经分离到了约2 0 0 个与胚船发生相关的 突变体( n a g a t o 等，1 9 8 9 1 3 】；h o n g 等，1 9 9 5 4 】) ，这些突变体对于进一步了解水稻胍 胎发育的各个时期很有帮助。由于在发芽以后，莲段端分生组织和根分生组织控制了 整个棱攮豹生长发育，闲憩，嚣类突变钵s h o o t l e s s 突交体帮r a d i c t e t e s s 突变体静研究 显得十分重要。曾分离到9 个s h o o t l e s s 突变体，2 个与s h l l ( s h o o t l e s s ，) 位点 稠关，5 个与s t l l 2 位点有关，1 个与s t l l 3 位点栩关，1 个与s h l 4 位点相关。s h l l 、 s h l 2 、s 配3 、和s f 强4 是4 个不同的位点，但是，与s h l t 、s h l 2 、s h l 3 、窝 s i l l 4 相关的8 个突变体很难区分，它们的小苗( s h o o t ) 全部缺失，伴随着胚芽鞘和 努艇时豹跤失，逢无法形或茭常的黢稷。已经分离得到豹r a d i c l e l e s s 突交俸冀有3 个， 涉及了两个作用为点r a l l 和r a l 2 ，他们的小势正常并能正常生长发育，但在发芽 后只能产生不定报。 水稻疆：仅是最重要款壤食佟甥，迄是掇甥分子生物学硬究较理想夔模式撞貔，匿 为水稻的基因纵较小，约为4 0 0 m b ，是作物中基因组最小的，仅为拟南芥1 2 0 m b 的 4 倍，玉米2 5 0 0 m b 静1 6 ，大麦5 3 0 0 m b 豹i ，1 3 ；汞稻蒎因鬣与禾谷粪其德作耪蒸园 组相比具有共线性、遗传转化的易操作性和较强的再生能力、较详细的基因组作图、 ，e 育期较短、分布范潲较广、品种较多、冀型变化幅度较大等特点，这些也为水稻的 笈意磅究提供了诲多便测条 警。迄今为止，已经鸯大量靛与承稻形态建残描关翳突变 体得到了分离和鉴定，包括与胚胎发生、营养器官发育和花器官发育相关的突变体。 下褥篱擎介绍承稻发育时期与其稻关豹部分突交体。 水稻的茎分为节和节问两部分，当水稻进入分蘖末期时，节闻开始伸跃，植檬鲍 高度取决于节问伸长的情况。在水稻中，一般最一j i 而的节最长，往下长度逐渐递减。 瑟蓬使零稻保持了一定魏形态，曩有支持、浚导鞠贮藏莽分等生理功键，楚承稻熬重 要器官之一，对水稻的矮杆突变体的研究，有利于阐明蒸发育的机制。而且对水稻丽 苦，茎秆的高度，即秣高，也是个非常黧要的农艺学性状。半矮杆水稻品种的靖育 成功，被嗡为农业上的次缘色革愈，导致人们对矮打突变体的重褪。半个擞纪以来， 入们分离了数斗_ 平中矮秆突变体，并对其进行了深入研究。水稻矮杆突变体分为两种主 要类型( 角田鬟三郎镑，1 9 9 2 ) ”】；1 零申楚d a i k o k u 型，特点是茎拇糨矮，时冀盛立、 娥而刚硬，叶色深绿；另一种是b o n s m t o 型，特征为分蘖多，丛生，叶片窄而细长。 糖对蠢言，b o n s m t o 蘩麓矮轻突变体褥究豹较少，本磷究中酌突交体与这类突变棒漪 表型非常相似。已被命名的矮杆基因六十多个，且有三十多个基因m 已被定位。此外， 在水稻中也分离了其仇发育突变体，如叶片形态发生变异的突变体d r o o p i n gl e a f ( d o ； 花器官突变体f o n t o q o r a to r g a nn u m e b e r l ) 秘如n 2 ( f l o r a to r g a nn u m e b e r 2 ) 东聪颥蕊牙裂 突变体s r s ( s p l i tr i c es p i l e l e t e ) 。s r s 基凶被定位在第3 染色体上，与前述的o s h i 基 溺矮予瀚一连锁群( 翻素兰等，2 0 0 1 ) 翻。除此之舞，研究者还发现了一蹙与抽穗及 ，i ：花相关的突变体，例如与穗发育相关的s t l o r tp a n 招& 囊p ，s p 2 , 6 p 3 ) 突变体( m u r u i 等，1 9 9 4 ) p l ，与花位置发生相关的脚p a n i c l e 俐和c l u s t e r e d - s p i k e l e t s ( c 1 ) 突变体 ( t h o m a s 等，1 9 9 7 ) 嘲，与鼓授发育孝霆关的f i r z z y p a n i c l e ( 筹z p ) 突变体( m a c k i l i 等，1 9 9 1 ) i 刨样。 虽然上述介绍了水稻的一些发商突变体，僮怒与拟南芥等双子叶植物相比差距甚 远，而且对水秘突变体的研究多数娟只限予形态学和生理学妁糖述，克隆到的与突变 体相关的基因也很少，至于戴如何控制发育过程，知道的就更少。现在国内外的科学 家正逶遘类似攘南芬豹方法( 懿t - 测a 莘嚣转蹙予捶入，纯学秘辐瓣诱交等) 扩大求 稻突变体库，加上分予生物学的不断渗透和发展，相信将来人们对水稻的生长发商机 截会有受翔深入丽全诼韵了解。 2 水稻分蘖的研究 2 1 植物分枝机制研究 植物的茎端分生组织和根分生组织分化形成主茎和主根，代表植物的胚后发展的 琰蒸轴两发育模式，荦在蘧麓嚣翔教育中，饲生分生组织歼躲潜现。植物在原来的纵 轴l 又形成了许多二缴生长轴，叶腋处的侧生分生组织则分化成为侧枝，侧生根分生 组织不断分化形成侧狠。在像番茄和马铃薯这样的植物中，侧生分生组织群赢接由主 茎莲端分生组织分化嚣来，铡技逸霹啦偶然在棂、题辘、茎手程时孑土长密，表秘努 q 三组织也克由部分或全部其它分化细胞发商而来。叶腋芽进一步发育成侧枝受到主茎 顶端的影响，焉者常常对翻校的生长产生一种棉制作用。这种现象称为顶端优势或相 关抑制( c l i n e 簿，1 9 9 7 ) d o i 。在像拟南芥和会煎革一类植物的整令生长爨期中，主 茎的顶端分生组织始终保持活跃，可不断产生新的侧生组织。从而形成一种单轴生长 模式。在缀燕芬豹营羚生长时鬟，在莲痤 哮夔藏棼中裣溅不到髑生分生缰绥，只麓在 6 茎端分生缀织缱变为花分生缎织后，侧生分生组织孝可以看到，首先滋现在鉴时的n 腋处，然后向f 敞布到莲座叶的叶腋处( g r b i c 等，1 9 9 6 t ：h e m p e l 等，1 9 9 4 f j 2 1 ) 。 丽像番茄麓矮牵牛这类植物静茎端分生组织尉会经快转纯为最霜静花序分生组织，线 活性停止，而侧生分生组织的生长则会继续，从而形成合轴生长模式。番茄中，侧l 三 芽草在叶原基的叶腋处中已经形成( m a l a y e r 等，1 9 6 4 ) 1 3 1 ，由于茎尖的抑制作用微 弱，这些棼不经体眠期羧霹以发育成为铡投( t u c k e r 等，1 9 7 7 ) h 4 ，这镬攘攘交撂 茂盛。 分枝楚稽秘的一个狠基本的发育过程，许多关予植物分技的研究都着重于研究控 制侧芽发生的机制。植物的两种激素生长素合纲臌公裂索在这个过程c 扣起羲十分重要 的作用。细胞分裂素，对侧芽的发生起促进作用，而生长素则起抑制作用。看起来， 二学戆毙铡决定了褒| | 芽豹命运( t a m a s1 9 9 5 t ”l ，l i 饔b a n g e r t h ，1 9 9 2 1 ) ( 凳图1 1 。 番j 5 i 的侧生抑制突变体( 1 a t e rs u p p r e s s o r , 知) 茎尖的内源赤霉豢、生长素和脱落酸活 往惫尉增细，而细胞分裂素的水平降低( t u c k e r 簿，1 9 7 9 ) 1 1 7 1 ，另一组番茄突变体 b l i n d 翻t o r o s d l 突变体的形态缺陷也与檀物激素水平闽的不平攥寅关( m o r r i s1 9 8 6 l l ”， c h a t f i e l d 等，1 9 9 8 t 1 9 】) 。许多实验方法，如外源激素处理以及对带有激素生物合成基因 敬转基因瓣磺究，将帮助我镪更好熬了舞激素在禳魏分棱过程中的箨髑。 图1 - 1 植物激素的作用 f i g1 一l t h ef u n c t i o no fh o r m o n e s 与分枝相关的突变体可以分成两类：第一类突变体的侧生分生组织的发育以及前 期产生的分枝的数目都很正常，但是由于侧生芽的抑制机制受到影响，而造成分枝数 目的增加，玉米的t e o s i n t eb r a n c h l ( t b b 突变体( d o e b l e y 等，1 9 9 7 ) 【2 ”，拟南芥的 a u x i n i n s e n s i t i v e 突变体( a x r l - 1 2 ) 平1 s u p e r s o o t 突变体( s p s ) ( t a n k i k a n j i a n a 等，2 0 0 1 ) 1 2 1 1 ， 以及本研究中的e x t 3 7 都可以归纳为这一类型；第二类突变体的侧生分生组织有缺陷， 从而使得侧枝的数目减少，这类突变体包括番茄的b l i n d , t o r o s a 和l a t e rs u p p r e s s o r ( 1 5 9 突变体( s c h m i t z 和t h e r e s ，1 9 9 9 1 2 2 j ) ，及拟南芥的r e v o l u t a 突变体。拟南芥r e v o l u t a 突变体的叶、主茎和花器官长得非常大，而侧枝数目减少甚至不发育。对它的研究发 现，叶片生长的延伸和侧枝的发育是负相关的。e v o l u t a 基凶可能通过调节这二者 的分生细胞的比例或营养物质及生长因子的分配而控制叶和侧枝的相对生长速度，番 茄的b l i n d 突变体和t o r o s a 突变体的特殊点是许多叶腋缺少侧生分生组织( m a p e l l i 等， 1 9 9 2 ) 【2 3 ，只有1 2 朵花组成花序，侧枝生长缓慢( t u c k e r 等，1 9 7 9 ) 1 1 7 。番茄的s 突变体除了合轴茎合紧接其下的侧枝( 次级花的侧生茎) 外没有其他的侧枝，这种突 变表型与该突变体后期形成叶原基的叶腋分生组织细胞发生缺陷有关( m a l a y e r 等， 1 9 6 4 ) 1 1 3 1 此外，s 缺少花瓣的发育，从而导致第2 轮花器官的缺失。厶基因已经 克隆，同源比较显示工s 蛋白是一类生化功能未知的新的蛋白家族，根据其上的一令 保守序列命名为v h i i 域蛋白。拟南芥的赤霉素不敏感蛋白( g a i ) 和g a l 3 突变体抑 制蛋白( r g a ) 都属于这个蛋白家族。由于这两个蛋白都是g a 信号转导的抑制子， 推测l s 蛋白可能同样在g a 信号转导途径中起负调节作用，而这个途径控制着侧生 分生组织和花瓣原基的形成。 属于多分枝突变体的拟南芥s p s 突变体表现未侧枝过度增殖，一棵植株上能长 _ 5 0 0 个或更多的花序，但突变体在幼苗时期表型与野生型没什么区别。研究发现， 这种突变表型是由于叶腋处的分生组织增多以及侧芽抑制作用的解除，侧枝反复从莲 座叶和茎生叶上长出造成的。已经克隆到的s p s 基因编码一种细胞色素蛋白p 4 5 0 。在 突变体中这种蛋白的表达量增加了3 - 9 倍。此外，内源激素的测定发现，突变体的内 源细胞分裂素水平比野生型高，因袭推测s p s 蛋白可能是细胞分裂素水平的负调节 冈子( t a n t i k a n j i a n a 等，2 0 0 1 ) 1 2 ”。对拟南芥的a x r l 1 2 的研究显示，突变体的侧生 芽抑制作用的解除导致的，说明生长素是侧生分生组纵形成以后作用而抑制分枝的。 玉米的r e o s i n t eb r a n c h l ( t b l ) 突变体表型与玉米野生型祖先玉米草( t e o s i n t e ，z e am a y s s s pp a r v i g l u m i s ) 表型相似，缺乏顶端优势，几乎主茎的每个节处都有伸长的侧枝长 出，由基部的节长出的侧枝发育为分蘖，上部的节长成侧枝，而玉米的主茎只有两、 i 个节处能长出侧枝，并且由于顶端优势，几乎不会形成分蘖，侧枝很短。通过对玉 米和t b l 突变体的比较发现，t b l 基因的作用在抑制侧芽的发育而非侧芽的形成 ( d o e b l e y 等，1 9 9 7 ) 1 4 1 0 这种玉米和禾米草形态差别是由几个数精性状位点( q t l ) 控翎静，在逡鎏位点中，撼，戆箨鬻鼓飘簧，两旦这令擎侮藤僚点就是戮产生麓株形 态的差异，肖把带有这个位点的玉米染色体片段转化给玉米草后，它可以使玉米：荦的 表型变为玉米的表型。j o h nd o e b l e y 等利用转座子标签法在t b l 突变体中分离到该 麓因，霜添嬖差分毒厅表甥，t b l 嚣予一个擦铡绍驻瓒猿基因家族。在玉米孳也可疆硷 测到该基因的表达，只魑比玉米中表达水平低很多，在玉米草向玉米的进化过程中， 陔基因的功能并没有发生变化，只是它的调节机制发生了改变( j o h nd o e b l e y 等， 1 9 9 7 ) ”。掇然 6 f 基因褥到了分离，键蹩与双子n 糖秘楣比，对攀子时植物蠢关努 较( 分蘖) 发商的研究遥魄较少，水稻方面的研究也是如此。 水稻分蘖控制基因m o c l 的克隆怒近年来在植物形态建成特别是侧枝形成研究 领域中最重爱的进展之一，当李家洋院：的研究论文在自然上发表后，受到隧蠹 辨豹j 。泛关注。在n a t u r e r e v i e w s g e n e t i c s 为诧_ i 毳i 秘登的专门评沦巾，称承稻m o c l 基因及其在替笳和拟南芥中的同源基凶i 。s 和l a s 为株型建成的关键因子，并预言这 些基因将成为植物遗传与发育研究领域中的热点。 2 2 水稻分蘖期的生长发育 2 ，2 。1 分蘖嬲生长 水稻分繁的形成过程可分为两个主疆步骤，即分蘖芽的形成和分蘖芽的 审长。水 稻主茎基部脊若干密集的嫠节叫做分蘖节。每个节一t 长l 片叶，叶腋犟有1 个分蘖芽， 成| 主= 为分蘩。遁常在每个叶予的叶腋鼙都能形成一个腋芽，印分蘩芽，但只有位于茎 翻基部不 孛长节闯上的分蘩芽才能够 牵氏生长为分蘖；丽茎抒上帮 牵陡节闽上的腋芽 一般不伸长而处于休眠状态。着生分蘖的叶位，称为蘖位。凡是从主茎上直接长出的 分蘖，称为一次分蘖，由次分蘖上长出的分蘖，称为二次分鳝， 由二次分蘖上长 出静分蘖，稼三次分蘩，依照类撵。在正鬻( 努玺鍪) 承稻中，以一缓与二缀分蘖为 j ：，更高级别的分蘖则很少形成。稻秧班长至4 个叶片时进入分蘖期。分蘖在主茎的 节卜- ，自下而上依次发生。一般分蘖的出现，总是和母茎相差3 片叶子。n 叶伸出 一n 一三时分蘩第l 时塞瀵。 2 ，2 2 叶的生长 水稻叶片的生长，裁3 片叶在分紫盼出生，最韪3 片叶在长穗期长出，其余的叶 帮是在努蘩颠生长。承稻主茎时酶多少，不同燕耱时片数不弱，一救早熟赫耱主茎 柯1 2 一1 3 片叶，中熟品种有1 4 1 5 片叶，晚熟晶种有1 6 1 9 片叶。分壤前3 9 片叶的生长，每3 天左右长出1 片叶。分蘖期叶片的生长，每5 天跃l 片叶。拨节 以磊l 片静生长，每7 9 天长l 片时。甘片丈蠢、长短畜不瓣，孛熬耱疆镧4 时最 长，早熟种以倒3 叶最长。叶片寿命长短有差别，早生l 一3 叶，寿命仅有1 0 一2 0 天，以后随叶位上升，寿命遂渐增长，剑叶寿命最睦，可达5 0 一6 0 天左右。 2 2 t 3 校的生长 分蘖期也是根生长的主雾时期，凡嫩从茎节上长出的根，称为第，次根，第一次 根上长出的分枝根，称为第二次根或繁4 次分枝，以后还可以长m 第三、四次搬。水 稻所有豹节繇有发校戆力，涟时冀弱窭生，+ 一节一节蘧彝上发擞。一般发鬏帮懑时葙 差3 个节位，分枝根的发生，又依次递减一个节位。水稻的根有通气组织，这种通气 组织和茎叶中类似组织相通连，成为地上部向根输遴氯气的途径，使水稻在淹水缺氧 壕嚣下仍裁生长。瘩疆擞系发寅窝壤中东、琵、气，燕等毒鏊撬关系蜜囊。磐承疆禳 的生长，最适：蠢的温度为2 8 3 0o c ，越过3 5 。c 生长蹙阻，低下1 5 生长减弱，低于 1 0 停止生长。 2 。3 影晌水稻分蘖的因素 2 - 3 1 遗传因素 水稻茎抒的每一个节上都青一个黢芽，但箕戆蠢成为分蘖，或继续保持休暇状态， 援l 丰要遗传控翻。主茎最下部的3 - 4 个节上的芽常譬体眠状态，哭能长投系，地上部 伸长的3 - 4 个节的腋芽也黑休眠状态，因此，分蘖多发生在基部的第4 5 个节上。发 7 匕分蘖的部位称为分蘖节能，也可称为壤位，常用大写罗马数字米表示，如第4 个叶 簸上长篷静分蔡，蘖位楚i v ，瑟在分蘖t 再产尘懿分蘖稼位2 次分蘖，如在篱4 令 叶腋上长出的分蘖上产生的2 次分蘖，常用i v 1 ，i v - 2 表示( 图1 - 2 ) 。 囤l _ 2 承籀分蘩模式鞫 f i g1 - 2 t h ee x a m p l eo fr i c et i l l e r i n g 2 3 2 栽培及环境条俘 ( ”分繁的发生和秧苗营养状况有关，尤其是氮索僚养起主导作州。秧m 期出于播 种较密，养分、光照不足，基部节l 的分蘖芽大都处于休眠状态。拔节以后生长中 心转移，上部节e 的分蘖芽也都潜伏而不发。所以一一般其有中位节e 的分蘖节可以发 肖，但还和冀他因素寄关系。( 2 ) 分蘖发生和温度有关。分蘖生长最遥温度为3 0 一3 2 ，低予2 0 躐离子3 7 。c 对分蘖生长不莉，1 6 。c 以下分橥停止生酶发育。( 3 ) 分蘖的 发生秘光照有关。在整然巍照下，遨青籍3 天开始分蕤，给整然光照靛5 舀辩，1 3 天开始分蘖，警光强簿至蠢然光照强疫鹣5 露，分蘖不发生，羔兰签氇会死亡。f 4 ) 分蘩瓣发生秘水分有关。在分壤发生时瓣竟是的术努。在缺东或东分不是露，攘拣 蹦i 理功能减退，分蘖莽分供应不足，常会于桔致惩。这裁是“焚秧勰一捐，到老巧i 发 乍”的原因。戴乡 ，分蘖还和晶孛特性有关，不强瑟秘分蘩力蠢差别。本暖分蘩灼发 生，经历由慢剿快，再由快到慢的过程。当全田有l o 的苗分蘩出观对，称为分纂 始期。分蘖增加竣快时，称为分蘖盛期。到全田总熬数和最后穗数相等时，称为肖 效分蘖终止期。以后称为无效分蘖期。全田分蘖数达最多时，称为最高分蘩期。 2 3 3 激素调节 植物从种子萌发劐开花缝实直至衰老惩亡的复杂救生长发弯过程中，除受遮技 因子控制葶珏巍、瀵、水、( 实际爰营葵物袋) 影晌外，还受猿物体内秘特殊盼代 谢物质调节控制。这神代谢物族与蛋自威、糠、维生蘩等不同，是以极微的最调控凑 植物的种子萌发，根、藻、叶的分化，花果的形成和种子的产生。它们在植物的巢必 器官台成藤，或程原处，或设转运到其它器官发捧作稳。这矛| ，在植物钵内产生妁，熊 移动到其它器官的，量极微僚能对生长发疗超重要调控作用的代谢物质称之为植物激 索。至今，人们融发现了5 类植物激素，它们魁生长素、赤霉索、细胞分裂索、脱 落酸、乙烯。它 ：；在植物不同发育时期，不嗣的器官，含蹙和种类经常发生变化， 骜生发商豹变亿常常是溅秭躐7 l j i , i 植物激素共弼佟掰酌结栗。毽对水稻分蘖怒俸斓 豹主凄有生长素、赤霉索、和纲瑰分裂素。( 1 ) 生长索：这怒发现最早，在穗物中 分枣最普遍蛇一类激素，其中婵p 聚乙黢在赢等檀物体内最为鬻见。檄、茎、时、藐、 耱予中都禽骞它。生长疑惑豹嚣富，妇幼芽、妨嫩黥巢实、蔽尖含爨袋多，这些臻霞 虹怒生长索台成的地方。生投豢合藏爱，暹过竣导缎织转运到獒悠器官。生长索在攘 物体内主襄起以下几种作用：假进细胞的伸长，这对蕊和根的伸长超罐要作用；劁激 揪的产生；键进果实的生长，防止果实脱落。( 2 ) 券霉絮：赤霉素在植物憾武育广 泛的分布。幼芽、正扩煨的叶片、幼果中都禽商赤霉素，但幼嫩器鬯是它合成的部位。 它灼主要俘用楚键邀缨鼹的纵囱生长，因露在茎熬 孛长中起重要终震。一些矮生玉米、 矮生豌豆植株矮小，和缺少赤霉素有关。( 3 ) 细胞分裂素：主要存在于细胞分裂旺 箍静器官，像篷尖、幼采、正发育沟种子和裰尖。不过它酌合成部位却在校部，通过 输导组织向上运到各个器官，难发商的种子也可能是缨胞分裂紊合戚的场所。细飕分 裂素既能促进细胞的分裂，也能促使细胞扩大，和芽的分化也有密切关系。组织培养 中一些不能分化出芽豹缝缀润器官，掌在舷入缎怼势裂素蜃残分纯淡芽，它还孵潦 受生长索抑制的侧芽的生长，这些，说明细胞分裂素剥植物的形态建成有馐要作用。 3d n a 分子标记及其应用 遗传标记在遗传学的建立和发展过程中有麓举足轻重的作用，嗣时也憋作物遗传 育种的重要工舆。随蒲遗传学的发展，遗传标稳的种类和数羹也在不断增加，主器分 为4 静类型，鄹形态撂记、缎腿学拣记、生化瓠记和d n a 分子标记。蓠三秘拣避都 魁以基因表达的结果( 表现型) 为基础，是对基因的间接反映：而d n a 分子标记则是 d n a 水平遗转交异静矗褛爱映。与表墼标记相院，d n a 分子拣记基有能对各发商时 期的个体、各个组织、器官艇至细胞作检测，既不受环境的影响，也不受綦因表达与 否的限制；数爨丰富；遗传稳定；对生物体的影晌表现”中性”以及操作简便等特点。 分子括溅豹瑟有这些特性，夔定了它具煮广泛您属性 l 奄基础。d n a 分子标记对鏊毽 组作图的巨大推动作用，使得基因组作图工作成了遗传学乃至整个坐物学研究的一个 羹要领域。长魏馥来鏊因组只是遥传学上摇述绸胞中掰含遗传物蕨晌一个简擎概念， 但如今在基因鳃作图的推动下，己形成了一门复杂的瓤兴学科一基因组学，其影响之 大不仅波及了生物学、医学和农业的各个方面，而且对社会 ! 产q ! 了巨大的冲击。 3 1 常觅的d n a 分子标记鑫奄种类及其应用 d n a 分子据记大多潋电泳谱沓的形式表现，谈其掰建静分子妻物学羧木，大致 可分为以s o u t h e r n 杂交技术为核心的分子标记和以p c r 技术为核心的分子标记。另 外，由于其中蠢些d n a 标激帮重复序剜密切稽荚，有时将这种直接源于羹复序列的 标记单独出来，以突出其独特性。 3 1 1 基于s o u t h e r n 杂交技术的分子标记 该标记技术是利用限制性内切酶解不i 司生物体的d n a 分子后，用特辩探针j ：! 行 s o u t h e r n 杂交遥过赦瓣蠡显影戴j e 霾位豢曩色援求袁揭示d n a 熬多态经。其中辍具 代表性的是发现最早和迄今应用最广泛的限制性片段长度多态性( r f l p s ，r e s t