水稻粒型QTLqGW12的精細(xì)定位和粒長(zhǎng)調(diào)控基因SG4的克隆與功能驗(yàn)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(lái)，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(shì)加劇，糧食短缺仍舊是困擾許多國(guó)家的重大問(wèn)題。因此，開(kāi)展水稻遺傳育種研究一直成為國(guó)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(biāo)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(gè)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(zhǎng)、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(guó)南部、美國(guó)及東南亞各國(guó)，消費(fèi)者通常會(huì)更偏愛(ài)細(xì)長(zhǎng)粒水稻。而日本、朝鮮半島和中國(guó)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(gè)來(lái)自中國(guó)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(gè)單株，選取間隔均勻且能夠覆蓋

3、整個(gè)基因組的標(biāo)記共177對(duì)，通過(guò)QTL Mapmaker3.0和QTL Network2.1計(jì)算，獲得一張覆蓋了總遺傳距離為2294.2 cM，標(biāo)記間平均距離12.96 cM的遺傳圖譜，定位到4個(gè)粒型QTL，選取未報(bào)道的qGW12作為研究目標(biāo)，繼續(xù)構(gòu)建次級(jí)遺傳圖譜，計(jì)算顯示，在標(biāo)記SH78和SH93之間存在一個(gè)主效的粒寬位點(diǎn)，該位點(diǎn)貢獻(xiàn)率為52.08％，可促進(jìn)粒寬增加0.79 mm。同時(shí)輔以圖位克隆手段，進(jìn)行精細(xì)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(cè)到3個(gè)開(kāi)放閱讀框。這為對(duì)該基因的進(jìn)一步克隆和功能分析打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　本研究的另一個(gè)粒型材料是來(lái)自日本晴背景、經(jīng)過(guò)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(jiàn)節(jié)間數(shù)目增多(sg4具有6個(gè)節(jié)間，日本晴具有4個(gè))、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(guò)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(gè)堿基處發(fā)現(xiàn)8 bp的堿基插入，轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)顯示，互補(bǔ)陽(yáng)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(guò)程的關(guān)鍵酶，與已報(bào)道的D11等位。因此，我們開(kāi)展了一系列BR敏感性測(cè)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(guò)日本晴;突變體根卷曲，呈波浪形生

6、長(zhǎng)，表明sg4對(duì)BR敏感。但是在第二葉鞘和胚芽鞘伸長(zhǎng)方面，卻沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明這些部位對(duì)BR不敏感，因此，sg4對(duì)BR的反應(yīng)有組織特異性。對(duì)BR生物合成和信號(hào)途徑的相關(guān)基因進(jìn)行表達(dá)分析顯示，BR生物合成基因在突變體中的表達(dá)量較野生型有所降低，信號(hào)調(diào)節(jié)途徑的正調(diào)控基因在突變體中表達(dá)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(zhǎng)變短是由細(xì)胞長(zhǎng)度變短所導(dǎo)致，I2-IK實(shí)驗(yàn)也顯示，sg4的花粉育性降低。
　　對(duì)上述