1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
1课题的意义水稻是全球近50人口的主食,提供了约20的卡路里摄入量,水稻90产于亚洲地区,主要在发展中国家消费(Maclean等,2002),我国是世界第一大水稻生产和消费国。但目前我国稻米的品质较差,严重影响了粮食出口。另一方面,随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高,对于稻米品质的要求越来越高。因此改善和提高稻米品质,对于水稻育种具有实际的指导意义.胚乳是稻米最主要的食用部分,也是种子中淀粉和蛋白质的重要贮藏器官,胚乳中淀粉的结构与特性直接影响稻米的品质,包括营养品质,蒸煮食味品质,外观品质等.研究表明胚乳淀粉的结构与性质受遗传机制与环境条件的共同调控(Nakamura等,2005)。因此,利用胚乳相关突变体,研究淀粉合成的分子调控机理,对于改善淀粉品质,培育优质品种具有重要的应用价值.2 国内外研究概况 :水稻(Oryza sativa L.) 种子胚乳主要以淀粉形式储存能量,淀粉含量占稻米干重90左右,一方面供应种子萌发和幼苗生长发育;另一方面为人类日常饮食提供初级能量成分,在工业上也有着各种各样的重要用途。淀粉的合成是糖类经过一系列淀粉合成酶催化加工,最后以直链淀粉和支链淀粉两种葡萄糖多聚物形式存储于造粉体内的过程,因此造粉体发育直接影响到淀粉含量、胚乳形态、谷物产量以及蒸煮食味品质。为了适应人类对水稻产量和品质的更高要求,有必要对造粉体发育和淀粉加工合成的过程进行深入的研究。在谷物中,淀粉可以在叶绿体或造粉体中通过一系列酶促反应合成,其过程是极其精密和复杂的。叶片属于光合器官,淀粉颗粒位于叶绿体上,而造粉体属于非光合器官,每一个造粉体中包裹着数量不等的淀粉颗粒,两者淀粉合成过程有相同也有不同之处。叶绿体中,通过卡尔文循环固定CO2,形成3-磷酸甘油酸(3-PGA),随后转化为磷酸丙糖(TP),磷酸丙糖被转换为6-磷酸果糖(F-6-P),接着被转变成6-磷酸葡萄糖(G-6-P) 和1-磷酸葡萄糖(G-1-P),G-1-P在ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphylase, AGPase) 作用下形成淀粉合成前体ADPG。造粉体中合成淀粉的原料来自叶片中合成的或叶绿体中临时储存的淀粉降解产生的蔗糖,它通过韧皮部长距离运输至贮藏器官。蔗糖在胞液中蔗糖合成酶的作用下分解为果糖和UDPG,继而形成G-6-P或G-1-P。G-1-P在ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphylase, AGPase) 作用下形成淀粉合成前体ADPG。ADPG在颗粒结合淀粉合酶(granule bound starch synthase, GBSS)、淀粉合成酶(soluble starch synthase, SS)、淀粉分支酶(starch branching enzyme, SBE) 和淀粉去分支酶(starch debranching enzyme, DBE) 的作用下合成直链淀粉和支链淀粉。其中,AGPase负责提供碳链的前体物质ADPG,同时也影响直链和支链淀粉的合成。GBSS参与直链淀粉合成,SSS、SBE和DBE则主要参与支链淀粉合成。除此之外,淀粉磷酸化酶(Starch phosphylase, Pho) 对淀粉合成和支链淀粉结构也起着重要作用。
3应用前景:水稻胚乳中淀粉积累的多少往往决定了种子的大小和重量,与产量直接相关,同时种子中直链淀粉和支链淀粉的比例直接影响着稻米的食味品质,因此研究稻米中淀粉的合成过程具有重要的应用价值。
参考文献
Maclean,J.L.,Dawe,D.C.,Hettel,G.P.(Eds.).(2002).RicealmanacSourcebookfthemostimptanteconomicactivityonearth.Int.RiceRes.Inst..
Margis-Pinheiro,M.,Zhou,X.R.,etal(2005).IsolationacterizationofaDs-taggedrice(OryzasativaL.)GAresponsivedwarfmutantdefectiveinanearlystepofthegibberellinbiosynthesispathway.PlantCellRepts,23(12),819-833.
2. 研究的基本内容和问题
1研究目标目标基因的初定位为研究多基因控制的性状提供了有效的手段。只有从分子水平上阐明淀粉的遗传机制及其对稻米粉质突变的影响,才能使稻米品质育种更有针对性。
2 研究内容利用各种分子标记技术,找到与目标基因连锁的分子标记,然后依据分离数据进行连锁分析,将目标基因定位在该染色体的某一区域内.
3解决的问题有利于进一步利用已有群体精细定位,明确目标基因。
3. 研究的方法与方案
1研究方法从F2代种子挑选极端粉质突变体,提取极端DNA,用PCR对其进行扩增,用图位克隆方法定位目标基因.2 技术路线 挑选极端单株连锁分析在SSR标记中的筛选全是1型或有连锁趋势的分子标记F2大群体,挑选交换单株,利用InDel标记开发加密标记从而进行初步定位3 可行性分析已完成预备实验,本实验现已有F2代的种子.可进行本课题所要求的各种室内实验.
4. 研究创新点
特色之处利用图位克隆的方法对水稻粉质基因突变体进行初定位,实验简单快捷经济。
5. 研究计划与进展
研究计划:
2015年7月2015年10月查看文献,选题,熟悉实验室的一些基本实验,完成材料的配组,收获F1代种子.并进行相关课程学习。
2015年11月2016年5月F1代自交,收取F2种子;突变体及野生型种子生理生化性状的测定。在实验室学习,为完成定位做好准备。
构建F2群体,分单株收取叶片和种子,对各粉质突变体进行测定,挑选出极端个体进行定位研究,实现基因的初定位。
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