富含维生素A功能稻"紫宝香糯1号"表达基因的克隆与功能分析

Vitamin A is recognized having the function of detoxification, anti-cancer, enhancing immunity, promoting protein synthesis, accelerating the functions of the human and animal growth and development by medical nutrition community, however, natural vitamin A deficiency is a common phenomenon in the world. Therefore, cloning the expression of genes of the vitamin A content has important significanc, to cultivate function rice rich in vitamin A. Zibaoxiangnuo 1 is a new type rice, which is derived from the cross of two cultivated rice varieties, it was the first rice variety that was reported comprise nature inside vitamin A gene. In this study, we plan to clone and identify its function of the vitamin A gene in Zibaoxiangnuo 1, and give a more detail explanation of the physiological and biochemical characteristics for the vitamin A formation. Moreover, the function markers can be developed for the selection of the vitamin A, which can provide excellent genetic resources and molecular markers for the cultivation of new varieties containing nature vitamin A.

维生素A是医学营养界公认具有解毒防癌、抗癌、提高免疫能力、促进蛋白质合成，加速人体和动物生长发育等方面的功能，天然维生素A缺乏是全世界的普遍现象。因此，克隆控制维生素A含量的表达基因，对培育富含维生素A的功能稻具有重要意义。紫宝香糯1号是本项目组参与培育的、世界上唯一利用栽培稻品种间杂交培育的富含天然维生素A的水稻新品种。本研究主要进行分离克隆控制紫宝香糯1号含维生素A性状的表达基因并鉴定其功能，在分子生物学水平上解释水稻糙米中维生素A形成的生理生化特性；筛选可应用于富含维生素A功能营养稻分子标记辅助选择育种的功能标记。为培育富含维生素A功能稻提供优良的基因资源和分子标记。

水稻是世界上一半以上人口的主食作物，稻米的营养价值在饮食中具有非常重要的地位。功能稻作为一种特殊的新型水稻品种，具有一些特殊成分可以调节和平衡人体的生理功能。作为功能稻，紫宝香糯1号经检测含有维生素A。为分析其维生素A形成原因，项目组以不含维生素A的明恢63为母本，紫宝香糯1号为父本，通过杂交自交构建了重组自交系群体，共209家系。利用全基因组SSR引物对亲本进行了多态筛选，获得在12条染色体上均匀分布的多态性分子标记156对。利用这156对引物对重组自交系群体进了基因型分析，构建了总图距1084.9 cM，平均间距为7.5 cM的连锁图谱。通过表型鉴定结合QTL IciMapping 4.0软件，共定位3个维生素A相关QTLs qVA5、qVA6-1和qVA6-2。其中，其中qVA6-1增效等位基因来源于紫宝香糯1号。项目组将含有qVA6-1的的近等基因系与明恢63继续杂交构建了大分离群体，目前正在利用构建的大分离群体对qVA6-1进行克隆。同时，为解析紫宝香糯1号维生素A含量形成原因，项目组将紫宝香糯1号继续在不同环境种植，测定其中与维生素A形成相关物质，结果显示紫宝香糯1号花青素含量稳定。为探究紫宝香糯1号与明恢63花青素发育规律，实验对不同发育时期亲本的花青素含量进行了测定。结果显示在不同灌浆期紫宝香糯1号花青素含量呈S形曲线变化，合成显著时期为灌浆期16~24 d。通过上述实验推断紫宝香糯1号维生素A含量形成的原因很可能是花青素影响的结果。通过查阅文献发现，花青素是由苯丙氨酸通过六个步骤，在一系列酶的催化生成的。因此，推断宝香糯1号维生素形成的主要原因很可能是由苯丙氨酸形成花青素的过程中某些酶高表达造成的。关于花青素影响维生素A形成的原因目前还在进行。. 同时，通过紫宝香糯1号与明恢63杂交，获得优良的、富含花青素的恢复系材料10余份；利用紫宝香糯与安湘S、培矮64S杂交，经16代定向选育而成的紫香型水稻温敏不育系8个(S1-S8)，为功能杂交稻的选育提供了优良的母本材料；利用紫宝香糯1号与明恢63、特青、海恢、9311等杂交，经12代定向筛选而成的紫香米类型两系恢复系12个(R1-R12)，为功能杂交稻的选育提供了优良的父本材料。