一個水稻小粒矮稈突變體的遺傳分析與基因定位.pdf

1、水稻(Oryza sativa L.)是世界主要糧食作物之一。植株高度是水稻品種的十分重要的農(nóng)藝性狀之一。到目前為止，在水稻中已經(jīng)分離鑒定了70多個矮稈材料。粒形關(guān)系著水稻的產(chǎn)量和外觀品質(zhì)，也是十分重要的農(nóng)藝性狀。在前期研究中，我們從半矮稈保持系秈稻品種1352中發(fā)現(xiàn)了自發(fā)突變的矮稈小粒突變體，命名為d1352。本文以野生型為對照，分別對d1352突變體的主要農(nóng)藝性狀和對激素的響應(yīng)等進(jìn)行了研究，在對該性狀遺傳分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了突變基因

2、d1352的精細(xì)定位，并獲得了候選基因。同時，本文還研究了該基因?qū)に谺R合成及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因的表達(dá)影響。得到了以下結(jié)果:
　　1、農(nóng)藝性狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與野生型(WT)進(jìn)行比較，d1352的植株高度和籽粒長度分別下降了66％和36％。突變體的所有節(jié)間距也顯著縮短，并且每個節(jié)間距相對于整個莖稈所占的比率表現(xiàn)為經(jīng)典矮稈類型d6-型。
　　2、外源激素響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，外施GA活性物質(zhì)GA3時，d1352和WT的植株高度都增加且增

3、高的程度一致，說明d1352和WT對GA的敏感性一致，即d1352與GA的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑無關(guān);在外施GA生物合成的抑制劑PP333時，d1352的植株高度降低，說明d1352與GA的合成途徑無關(guān)。在完全黑暗的情況下d1352的胚軸并不伸長，表現(xiàn)出與BR相關(guān)的矮化突變體相同的暗形態(tài)，說明d1352是與BR的合成或信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的突變體;外施BR活性物質(zhì)24-eBL時，d1352的植株高度不增加無法恢復(fù)到野生型高度，說明d1352與BR合成

4、途徑無關(guān);同時，相比WT，突變體的根毛伸長程度對24-eBL濃度的反應(yīng)和葉片夾角彎曲程度均明顯降低，說明d1352對BR的敏感性降低。由此表明d1352與GA的合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及BR的合成途徑無關(guān)，屬于BR鈍感性突變體。
　　3、將矮稈小粒突變體d1352分別與秈稻品種XS1、明恢63、旱麻及粳稻品種臺山糯雜交，對獲得的四個F2群體進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果顯示，F(xiàn)2代中正常植株與矮化植株比例均符合3∶1，且植株矮化和小粒性狀在F2中

5、共分離，表明d1352的矮稈小粒性狀是由隱性單基因控制，且該基因具有多效性，暫命名為d1352。
　　4、通過圖位克隆的方法，我們將突變基因d1352定位于水稻第3號染色體上約98kb的區(qū)域。序列比對發(fā)現(xiàn)在此區(qū)域內(nèi)一個編碼假定的U-box E3泛素連接酶的基因（LOC_Os03g13010）的編碼區(qū)有24個堿基的插入，這一插入也導(dǎo)致該基因U-box保守結(jié)構(gòu)域內(nèi)的八個氨基酸的插入。將與突變體雜交產(chǎn)生的其他所有定位群體與該插入位點(diǎn)進(jìn)行

6、連鎖分析表明，該插入與矮化表型是共分離的，這表明LOC_Os03g13010的插入導(dǎo)致了該突變體的表型，該基因?yàn)榭刂颇繕?biāo)性狀的功能基因。
　　5、對多個與BR合成與信號傳導(dǎo)相關(guān)的基因在突變體d1352和WT的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，在d1352突變體中BRD1，OsDWARF4和OsBZR1的表達(dá)水平顯著上調(diào)，而D61，BRD2和D11的表達(dá)水平顯著下調(diào)，由此說明基因D1352功能的喪失對其他BR相關(guān)基因的表達(dá)水平有顯著影響。