调节植物株型和产量的基因及其应用_4

文档序号:9919794阅读:来源:国知局
24株于田间,全部取样并提取DNA,用 qWS8Flanking-Rl扩增,寻找基因型为杂合单株,对杂合单株DNA再用30677 (或位点特异性 引物)进行鉴定,确保qWS8存在,对其中一株单株收种,编号为BC3F5-NIL。
[01巧](9)依照8步骤的方法,继续进行了两代鉴定和收种,分步获得BC3F6-NIL和 BC3巧-N比,将BC3F7-NIL种植24株于田间,全部取样并提取DNA,用30677引物(或位点 特异性引物)进行基因型鉴定,将包含qWS8位点单株找出,然后对运些单株DNA用SNP3引 物继续扩增鉴定,挑选出qWS8位点纯和的单株,选取其中一株收种并编号为NIL-WS3(即 Ni 1-WS3A1 Ieles),而其中杂合单株即为NIL-Hetero Alleles。从不包含qWS8位点的单株 中选取一株收种并编号为NIL-NIP (即Nil-Nip Alleles)。至此近等基因系发展完成,包 含一段约80化的qWS8位点导入片段。ZS97背景NIL采用类似方式获得,见下方"7"的方 法。
[0156] 6、NIP背景下qWS8位点与qPL6位点聚合单株产生
[0157] 步骤同利用qWS8位点进行粗杆大穗品系发展步骤类似,具体修改细节如下:
[015引步骤(1),似:同上述"4"中的步骤(1),似。
[0159] (3)由于qPL6和qWS8位于不同的染色体上,故需要增加种植株数至48株W确保 获得足够数目双位点单株,在鉴定时除了使用30677标记(或位点特异性引物),还需要使 用qPL6连锁标记460dCapsl和480dCapsl (表1)进行基因型鉴定,包括PCR扩增,酶切,3% 凝胶电泳,表现为杂合的单株(两条带)即包含qPL6位点,将同时具备qPL6和qWS8的单 株BClFl单株与NIP杂交,成熟后收种,编号为BC2F1。
[0160] (4)~妨在下一季继续种植,依此方法,进一步获得BC3F1单株和BC4F1单株,用 上述S对标记筛选出BC4F1单株中包含qWS8位点和qPL6位点的单株,收种,编号为BC4F2。 [016。 (6)在下一季将BC4F2种子种植48株于田间,对qWS8位点,需要使用30677 (或位 点特异性引物)和SNP3引物确定qWS8位点存在且基因型为杂合(SNP3呈现两条带),而对 qPL6位点,则用460dCapsl和480dCapsl引物进行鉴定,筛选杂合基因型(两条带),依次 方法,找到同时包含qWS8和qPL6基因型为杂合的单株,挑选其中一株,收种,编号为BC4F3。
[0162] (7)同步骤6,将BC4F3播种,鉴定后得到BC4F4种子。
[016引 做将BC4F4播种96株,全部提DNA,用qWS8引物30677(或位点特异性引物)和 SNP3和qPL6引物460dCapsl和480dCapsl对所有单株进行基因型鉴定,同时扩增双亲DNA, 寻找四个引物扩增条带都与WS3 -致的单株,即为qWS8与qPL6的聚合单株,对应图17中 的4株系,而qWS8引物带型与WS3 -致,qPL6引物带型与NIP -致的为只包含qWS8位点 单株,对应图17中的3株系,qWS8带型与NIP-致,而qPL6带型与WS3 -致单株对应图17 中的2株系,所有带型都与NIP -致的对应图17中的1株系。至此聚合株系4发展完成, 其附带株系2和3也表现为增产潜力(图17)。
[0164] 7、利用qWS8位点发展ZS97背景近等基因系
[0165] ZS97背景下近等基因系发展步骤同与NIP背景下近等基因系发展步骤类似,具体 细节如下:
[0166] (1)~(5)步骤同NIP背景发展步骤,但需要将其中NIP亲本换成ZS97, ZS97花 期较NIP还早,所W ZS97可W晚两周种植,然后间隔屯天种植四批。
[0167] (6)将ZS97BC3F2种子种植600株,全部取样并提取DNA,然后利用覆盖qWS8范 围更大的分子标记进行PCR扩增,然后3%琼脂糖凝胶电泳,标记为qWS8Flanking-L2和 qWS8Flanking-R3 (表 2),同时扩增双亲 DNA(WS3 和 ZS97),挑选 qWS8Flanking-L2 带型与 ZS97 -致,而qWS8Flanking-R3带型为杂合(两条带)的单株,然后对运些单株DNA继续用 30677标记筛选,挑选其中一株qWS8位点存在的单株收种,编号为ZS97BC3F3。
[0168] (7)在下一季将ZS97BC3F3种植24株于田间,取样提DNA,用30677引物(或位 点特异性引物)进行基因型鉴定,将包含qWS8位点单株找出,然后对运些单株DNA用SNP3 引物继续扩增鉴定,挑选出qWS8位点纯和的单株,选取其中一株收种并编号为NIL-WS3, 对应杂合单株即为NIL-Hetero,而从不包含qWS8位点的单株中选取一株收种并编号为 NIL-ZS97,至此ZS97背景近等基因系发展完成,由于没有继续筛选右侧交换标记,故近等 基因系包含片段较大,但运并未影响qWS8在ZS97背景下对茎粗和穗大小的促进效应(图 14),如需继续筛选可继续将本步骤中qWS8位点存在,且SNP3为杂合的单株再下一季继续 种植约200株,取样提DNA用SNP3引物和qWS8Flanking-R3引物进行扩增,同时扩增双亲 DNA,寻找SNP3杂合而qWS8Flanking-R3带型与ZS97 -致的个体,然后用30677 (或位点特 异性引物)扩增,确保qWS8存在,所得单株收种,下一季继续种植,再进行30677 (或位点特 异性引物)和SNP3引物鉴定,筛选出包含qWS8区间更小的NIL-WS3和N比-ZS97。
[0169] 表2、用于近等基因系构建筛选交换引物
[0170]
[0171] 8、DNA印迹杂交及位点特异性PCR检测
[0172] DNA印迹杂交需要高质量的DM,故该鉴定方法中使用的DNA采用CTAB法提取。根 据定位区间的序列特征,选取了一系列酶(Fermentas公司)(如图5所示)对双亲DNA进 行单酶切或双酶切消化,酶切体系为400ul,包含20ug DNA,40ul 10 X缓冲液,20ul酶,然 后用水补齐至400ul。酶切条件为37°C,24小时,其中IOul酶为酶切过夜后补加,W确保 酶切完全。酶切完全后,加等体积酪氯仿抽提,离屯、后吸上清,加两倍体积预冷无水乙醇及 1/10体积3M醋酸钢沉淀一段时间后离屯、,倒掉再用70%乙醇洗后即可获得酶切产物,干燥 后用40ul TE buffer溶解。然后进行1%浓度的琼脂糖胶电泳,电压30V,电泳时间10-12小 时。电泳完成后,对琼脂糖胶进行0. 25M盐酸,变性液及中和液处理后即可转膜,所使用膜 为尼龙膜,转膜液为20 X SSC,采用滤纸自然吸附法转膜,转膜装置安放顺序为:转膜槽,滤 纸桥,两层12 X 12滤纸,琼脂糖胶,一张经过水和SSC浸泡过的12 X 12尼龙膜,两层12 X 12 滤纸,大量12X12吸水纸,重物。其中吸水纸要每隔一段时间换一次,转膜14-16个小时。 将所转膜用5 X SSC清洗,然后采用罗氏地高辛系统进行探针及杂交液制备,然后在杂交炉 中进行探针杂交过夜,探针标记及其后步骤参考罗氏地高辛标记试剂盒说明书(PCR DIG Probe Synthesis Kit 和 DIG DNA Labeling and Detection Kit)。
[0173] 其中图5所示探针(Probe)引物为:
[0174] MDTl :5, -AGGGTTGTACCACTGGTAAA-3'(沈Q ID N0:2),
[01巧]5, -CCATCGTCGGAAAGGGATTT-3,(沈Q ID N0:3);
[0176] MDT3L1 :5, -CCAACCCCCCCTCCCAA-3'(SEQ ID N0:4),
[0177] 5' -ACGCTGACGCCCTCTCCCT-3'(沈Q ID N0:5);
[0178] MDT3 :5, -GACCTGCCTCCAGTTATCAA-3'(沈Q ID N0:6),
[0179] 5' -CTTCTCCACCAACATTCTTT-3'(沈Q ID N0:7);
[0180] MDT7 :5' -GGTTTAAGTTTGTGTTCCCC-3'(沈Q ID N0:8),
[0181] 5,-CCGMTTTATATGAGCTGCTA-3,(沈Q ID N0:9)。
[0182] 位点特异性PCR采用引物扩增WS3DNA特有序列结构,即跨重复序列 边界设计引物,引物序列为:5' -ACAGAGCCTCCATATCTCAG-3'(SEQ ID N0:10), 5'-GGTAGCAGCACACTATTCCT-3'(SEQ ID N0:11)。PCR 扩增体系为 20ul,采用鼎国 Taq 酶系 统,包括DNA模板,2ul IOX缓冲液,2ul 2mM dNTP,0. 3ul Taq酶,最后用水补齐至20ul。 PCR反应条件为:94°C 3min,然后进行35个循环的94°C 20s,55°C 30s,72°C 20s,最后72°C 延伸5min。
[0183] 9、农艺性状测量方法
[0184] 为了检测qWS8对产量性状的贡献,本发明人检测了包括茎粗,穗茎粗,分葉数,株 高,穗长,穗一级分支数,穗二级分支数,主穗小穗数,种子100粒重,每穗种子粒重,单株产 量。茎粗使用游标卡尺对主茎第=节和第四节中间部分分别量取长轴直径和短轴直径,然 后取平均值。穗茎粗使用游标卡尺直接测量穗轴下部紧连部分茎杆直径。分葉数统计在植 株完全成熟后进行,同时在田间利用带标度竹尺直接测量株高,为地面到最高穗距离。穗长 为主穗从穗轴基部到最末端小穗的距离,不包括芒长。穗一级、二级分支数,种子粒重及小 穗数都从主穗上获得。每穗种子粒重,100粒重及单株产量由电子天平称取获得。茎杆维 管束及壁厚统计方法为:采用徒手切片方法从第=节中间切取薄片,然后用甲苯胺蓝染色, 体视显微镜下拍照获得对应图片,根据图片数对应维管束数目,然后将图片导入image J软 件,并设置标尺,量取茎壁厚度。
[0185] 10、石蜡切片及扫描电镜
[0186] 取穗原基及幼嫩茎用FAA固定,其中石蜡切片样品经过梯度乙醇脱水,及梯度二 甲苯透明,及浸蜡过程,最终将样品包埋到石蜡块中,修块后用莱卡切片机进行切片,切片 厚度为8-lOum,然后展片,贴片并烘干。再用用0. 025%的甲苯胺蓝染色lOmin,清水漂洗干 净后用二甲苯脱蜡,封片后即可到显微镜下观察。扫描电镜样品经过乙醇梯度脱水后,进行 二氧化碳临界点干燥,然后喷金,即可到扫描电镜下观察。
[0187] 11、RNA提取、反转录W及定量PCR检测
[0188] 植物样品取样后放到已加钢珠且无RNA酶污染的管子中,然后立刻放到液氮中速 冻,再利用球磨仪将管子中的植物样品粉碎,加入艾德莱公司的TRIpure RNA提取试剂解 育,其后步骤遵照该试剂说明书进行。mRNA反转录采用iScript CDNA合成试剂盒反应生 成,具体步骤参照对应说明书。小RNA反转录采用TaKaRa公司的SYBR PrimeScript miRNA RT-PCR Kit合成,具体步骤参照对应说明书。然后设计特异引物分别扩增0SSPL14基因,小 RNA miR156 和 miR529p,其中 OsS化 14 基因引物序列为:5' -GACTAGCTGCATCTGTTGGTGAGC-3 ,(沈Q ID N0:12),5'-TGCTGGCCATGCATTCCTTACG-3'(沈Q ID N0:13)。根据 TaKaRa 试剂盒 要求,小RNA只需合成一条引物,即其序列本身,但需将U替换成T,而另一条为试剂盒内公 用引物,故11111?156引物序列为5'-164〔4644646461646〔4(:-3'669 10側:14),而11111?529? 引物序列为5'-AGAAGAGAGAGAGTACAGCC-3'(沈Q ID N0:15)。然后采用SYBR试剂标记法进 行PCR扩增,所用试剂为TaKaRa公司的SYBR Premix Ex Taq II TM,反应体系及PCR条件 设置参照对应说明书。采用化pendo计公司realtime PCR仪进行扩增。
[0189] 实施例1、新株型种质发掘及主效基因定位
[0190] 根据国际水稻所对新株型的定义,本发明人在浙江地区种质资源中发现了一种水 稻新型种质,并将其命名为WS3(图IA左)。与对照品种日本晴(Nip图IA右)相比,WS3 茎粗约为0. 7-0. 8cm (图1C-F),分葉数平均为5个,一级分支高达30个(图1C),每穗小穗 数超过300个(图1B),具备典型的新株型特征。因此该种质被用于后续基因挖掘的原始材 料,并与日本晴杂交构建F2群体用于giL分析。
[0191] 通过使用均匀分布于水稻12条染色体上的145个多态性分子标记,本发明人构建 了 190株F2单株的饱和遗传连锁图,结合对应的四组茎粗数据,进行giL分析,最终在8号 染色体(CHR8)检测到一个主效QTL (图2),该giL被命名为qWS8,置信度LOD约为18-23, 解释了 15-24%的表型变异,单位点遗传效应为0.2-0.
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