GENOMe-WIDE ASSOCIATION MAPPING FOR SEED DORMANCY AND MOLECULAR CLONING AND CHARACTERIZATION OF OsDOG1,A RICE SEED DORMANCY CANDIDATE GENE

摘要

种子休眠是开花植物的一种重要的适应性性状，它能够帮助种子度过恶劣的环境而使下一代延续下去。在禾谷类作物，适度种子休眠有助于预防穗发芽，提高产量和品质。为了剖析水稻种子休眠的遗传基础，我们以来源于全球各个地方的种质资源为材料，将收获的新鲜种子和完全成熟后的种子进行种子发芽率进行了全基因组关联分析。分析时考虑到群体结构的影响，将群体分成了籼稻、粳稻和澳洲野生稻三个亚群。同时，为了验证OsDOG1在种子休眠上的功能，我们将来源于具有休眠特性的品种明恢63的OsDOG1等位基因转入没有休眠特性的品种日本晴中。主要结果如下:
　　1.发芽试验表明澳洲稻和籼稻Ⅱ亚群与籼稻Ⅰ亚群相比，在新鲜收获种子中具有更强的种子休眠特性。大多数澳洲野生稻和籼稻Ⅱ亚群品种能够保持这种休眠特性一直到完全成熟，而籼稻Ⅰ亚群品种在完全成熟后就彻底打破了休眠。
　　2.利用全基因组关联分析，分别定位到16个和38个基因位点与新鲜收获种子和完全成熟的种子的发芽率相关。其中有3个基因位点在两种种子发芽实验中被同时检测到。这些基因位点中有13个并未被之前的QTL定位研究报道。
　　3.在新鲜收获种子发芽率关联分析结果中，有4个关联位点与已经克隆的GA2ox3，EUI1，GH3-2和Sdr4紧密连锁（小于100kb）。
　　4.在完全成熟的种子的发芽率关联分析中，有一个关联位点与ABA信号传导基因ABI5紧密连锁。在新鲜收获种子各个亚群的关联分析中，没有相同的位点被检测到。在完全成熟种子的亚群分析中，有一个位点在籼稻亚群和粳稻亚群中被同时检测到。
　　5.Sdr4和GA2ox3单倍型分析显示，相比于籼稻Ⅰ亚群和粳稻亚群品种，澳洲稻和籼稻Ⅱ亚群品种的等位基因赋予了它们更强的休眠特性。
　　6.OsDOG1的转基因植株与阴性对照相比，表现出更低的发芽率。但是日本晴野生型表现出了同时相较于转基因阳性和阴性的低发芽率。在ABA含量方面，日本晴野生型、转基因阳性和转基因阴性三者间没有显著差异。
　　7.与转基因阴性植株相比，转基因阳性植株的ABA的合成基因受到了显著的上调。但是由于野生型日本晴在发芽率上表现出低于转基因植株的表型，我们对OsDOG1是否调控种子休眠不能得出定论。
　　结论:全基因组关联分析和单倍型分析表明，水稻种子休眠特性受到了许多基因的控制，同时这些基因具有广泛的自然变异。对于OsDOG1是否调控种子休眠，我们目前还没有定论。同时我们准备尝试其它的水稻品种，来确定OsDOG1在种子休眠中的作用。

目录

声明

TABLE OF CONTENTS

摘要

ABSTRACT

ABBREVIATIONS USED IN THIS STUDY

CHAPTER Ⅰ

1．LITERATURE REVIEW

1．1 Seed dormancy

1．2 Relationship between Seed Dormancy and Germination

1．3 Classification system for seed Dormancy

1．4 Seed Structure and Seed Dormancy evolution

1．5 Hormonal control of seed dormancy

1．6 Control of Dormancy and Germination by Environment and Seed coat components

1．7 Regulation of Seed Dormancy

1．8 QTL analysis of seed dormancy in rice

1．9 Marker Assisted Selection for yield improvement in rice

1．10 Genome-wide association studies (GWAS) in rice

CHAPTER Ⅱ GENOME-WIDE ASSOCIATION MAPPING REVEALED A DIVERSE GENETIC BASIS OF SEED DORMNCY ACROSS SUBPOPULATIONS IN RICE (Oryza sativa L．)

1．Methods

1．1 Plant materials and sequencing

1．2 Collection of sequence data，sequence alignment and SNP identification

1．3 SNP annotation

1．4 QTL Imputing missing genotype using an LD-KNN algorithm

1．5 Estimating the accuracy of genotyping and imputation and the sensitivity of SNP identification

1．6 Field Experiments

1．7 Phenotype assessment for seed dormancy

1．8 Statistical Analysis

1．9 Association mapping

1．10 Sdr4 and GA2ox3 Hapiotype analysis

2．Results

2．1 Phenotypic evaluations and heritability

2．2 Association mapping in FHS

2．3 Association mapping in ARS

2．4 Genes and QTL around the putative peak positions

2．5 Sdr4 haplotypes analysis

2．6 GA2OX3 haplotypes analysis

3．Discussion

3．1 Diverse genetic basis of seed dormancy in indica，japonica and Aus subpopulations

3．2 Early and late detectable signals controlling seed dormancy

3．3 Candidate genes for seed dormancy

3．4 Sdr4 and GA2ox3 hapiotypes for breeding pre-harvest sprouting resistance variety

CHAPTER Ⅲ MOLECULAR CLONINGAND CHARACTEIUZATION OF (OsOOGl)，A RICE SEED DORMANCY CANDIDATE GENE

1．Methods

1．1 Plant Materials

1．2 DNA extraction

1．3 RNA extraction

1．4 Complementary DNA (cDNA) synthesis and RT-PCR

1．5 Cloning of OsDOGl，OsDOG2 and OsDOG3

1．6 Transformation of OsDOG1 into Nipponbare

1．7 Germination Testing

1．8 ABA Measurements

1．9 UFLC-ESI-MS／MS

1．10 Gene expression analyses

2．Results and Discussion

2．1 Germination Characteristics

2．2 ABA quantification

2．3 Genes involved in ABA Biosynthesis pathway

Conclusion

References

Acknowledgements

Personal Information

Publications

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