水稻粒型QTLqGW12的精細定位和粒長調(diào)控基因SG4的克隆與功能驗證.pdf

1、水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的糧食作物之一，占全世界人口熱量攝入的21％。近年來，隨著全球人口的激增，耕地面積的逐年減少，土地流轉(zhuǎn)與非糧化趨勢加劇，糧食短缺仍舊是困擾許多國家的重大問題。因此，開展水稻遺傳育種研究一直成為國家的重中之重，保持糧食的穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)成為農(nóng)作物品種選育的首要目標并亟需解決。水稻的產(chǎn)量性狀是由多基因決定的復(fù)雜性狀，主要受單株有效穗數(shù)、每穗有效粒數(shù)和千粒重3個因素共同調(diào)控，千粒重遺傳力最高，主要

2、由灌漿程度和粒型控制，粒型性狀又由粒長、粒寬和粒厚共同構(gòu)成。此外，粒型還是重要的品質(zhì)性狀，在中國南部、美國及東南亞各國，消費者通常會更偏愛細長粒水稻。而日本、朝鮮半島和中國北方更傾向于短圓粒水稻。因此，改良水稻粒型是提高產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)的有效途徑。
　　本研究的第一份材料是利用一個來自中國廣東的傳統(tǒng)地方品種T5486（秈稻品種）作為親本之一，與典型的粳稻品種日本晴雜交，構(gòu)建BC1F2群體，利用186個單株，選取間隔均勻且能夠覆蓋

3、整個基因組的標記共177對，通過QTL Mapmaker3.0和QTL Network2.1計算，獲得一張覆蓋了總遺傳距離為2294.2 cM，標記間平均距離12.96 cM的遺傳圖譜，定位到4個粒型QTL，選取未報道的qGW12作為研究目標，繼續(xù)構(gòu)建次級遺傳圖譜，計算顯示，在標記SH78和SH93之間存在一個主效的粒寬位點，該位點貢獻率為52.08％，可促進粒寬增加0.79 mm。同時輔以圖位克隆手段，進行精細定位，最終將基因定位在S

4、H78和SH98之間23.9 kb的物理距離范圍內(nèi)，該區(qū)間共預(yù)測到3個開放閱讀框。這為對該基因的進一步克隆和功能分析打下了堅實的基礎(chǔ)。
　　本研究的另一個粒型材料是來自日本晴背景、經(jīng)過組培誘變獲得的小圓粒突變體mall grain4(sg4),該突變體表現(xiàn)為葉色深綠、葉片直立、成熟后可見節(jié)間數(shù)目增多(sg4具有6個節(jié)間，日本晴具有4個)、株高略微變高、生育期推遲、小圓粒等性狀。遺傳分析顯示，該突變性狀受純合隱性單基因控制。通過圖位

5、克隆發(fā)現(xiàn)，在突變體sg4背景下，候選基因LOC_Os04g39430.1的起始密碼子前一個堿基處發(fā)現(xiàn)8 bp的堿基插入，轉(zhuǎn)基因互補實驗顯示，互補陽性植株能恢復(fù)到野生型表型，表明LOC_Os04g39430.1即為SG4基因，該基因編碼BR生物合成過程的關(guān)鍵酶，與已報道的D11等位。因此，我們開展了一系列BR敏感性測試，結(jié)果顯示，突變體瞎形態(tài)建成受阻;隨著2，4-eBL濃度的增加，sg4的第二葉夾角變化超過日本晴;突變體根卷曲，呈波浪形生

6、長，表明sg4對BR敏感。但是在第二葉鞘和胚芽鞘伸長方面，卻沒有明顯變化，說明這些部位對BR不敏感，因此，sg4對BR的反應(yīng)有組織特異性。對BR生物合成和信號途徑的相關(guān)基因進行表達分析顯示，BR生物合成基因在突變體中的表達量較野生型有所降低，信號調(diào)節(jié)途徑的正調(diào)控基因在突變體中表達量升高，表明sg4是BR缺失突變體。隨后，解剖學(xué)觀察證明，sg4的粒長變短是由細胞長度變短所導(dǎo)致，I2-IK實驗也顯示，sg4的花粉育性降低。
　　對上述