利用近等基因系對水稻抽穗期QTL-DTH3b的精細(xì)定位及長芒基因Awn3的克隆.pdf

1、本文通過利用近等基因系進(jìn)行了水稻抽穗期QTL-DTH3b的精細(xì)定位以及長芒基因Awn3的圖位克隆。抽穗期是影響水稻適應(yīng)季節(jié)適應(yīng)性和區(qū)域分布的重要農(nóng)藝性狀之一。本文鑒定了一個(gè)在長日照條件下促進(jìn)水稻開花的微效數(shù)量性狀位點(diǎn)DTH3b，并最終將其精細(xì)定位到46kb的物理區(qū)間內(nèi)。DTH3b在長日照條件下是獨(dú)立于水稻光周期途徑中的兩個(gè)重要開花整合因子Hd1和Ehd1而直接上調(diào)兩個(gè)成花素基因Hd3a和RFT1的表達(dá)來促進(jìn)開花的。芒是水稻外稃頂端中肋延

2、伸形成的結(jié)構(gòu)，長芒表型嚴(yán)重影響水稻的收割。本研究在兩個(gè)無芒品種粳稻Asomonori(Aso)和秈稻IR24所構(gòu)建的高代群體中檢測到了一個(gè)調(diào)控水稻長芒表型的數(shù)量性狀位點(diǎn)Awn3，并對其進(jìn)行了精細(xì)定位和分子克隆。Awn3基因編碼一個(gè)含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的膜蛋白，來自秈稻IR24的Awn3位點(diǎn)在第二外顯子處因發(fā)生單堿基突變導(dǎo)致提前終止從而形成一個(gè)只包含55個(gè)氨基酸的蛋白，因而表現(xiàn)為長芒表型。
　　1.本實(shí)驗(yàn)室前期的研究中檢測到一個(gè)位于3號染色

3、體短臂中部的抽穗期微效QTL-qDTH-3b（本研究中命名為DTH3b），但未進(jìn)一步深入研究，本研究中我們分離了一個(gè)以Aso為背景且只包含12cM來自IR24的DTH3b位點(diǎn)片段的近等基因系NIL(DTH3b)。DTH3b的LOD值為5.46，在NIL(DTH3b)和Aso的F2群體中對表型分離解釋的貢獻(xiàn)率為27.37％。利用1500個(gè)極端晚抽穗的F2∶3家系最終將DTH3b最終精細(xì)定位到46kb的基因組區(qū)間內(nèi)。
　　2.在北京自

4、然長日照條件下，NIL(DTH3b)的抽穗期比Aso延遲6.9天，在受控制的長日照條件下，NIL(DTH3b)也比Aso晚抽穗9.8天，而在海南自然短日照條件下及受控制的短日照條件下二者抽穗差異不顯著。在北京NLD條件下分別考察Aso抽穗60天后的Aso和NIL(DTH3b)種子的成熟度，發(fā)現(xiàn)Aso的種子成熟度比NIL(DTH3b)高出52％，但在NSD條件下，二者的種子成熟度都能達(dá)到100％。此外，Aso和NIL(DTH3b)的出葉速

5、率在CLD和CSD條件下都沒有顯著差異。表明DTH3b是一個(gè)水稻長日特異的開花調(diào)節(jié)子，來自Aso的DTH3b等位基因能更好地適應(yīng)NLD條件。
　　3.QRT-PCR結(jié)果顯示，在CLD條件下，與NIL(DTH3b)相比，Aso中的兩個(gè)成花素基因Hd3a、RFT1及成花素下游的OsMADS14、OsMADS15的表達(dá)量都有顯著上調(diào)，而水稻光周期途徑中兩個(gè)主要的開花整合因子Hd1和Ehd的表達(dá)量沒有顯著差異。此外我們還檢測了Hd1和Eh

6、d1上游的6個(gè)主要開花促進(jìn)因子OsGI、RID1/ OsID1/Ehd2、Ehd3、Ehd4、OsMADS50和OsMADS51以及6個(gè)開花主要抑制因子Ghd7、DTH8/Ghd8、OsMADS56、OsCOL4、PHYB和SE5的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)這些基因的表達(dá)量在二者中都沒有顯著差異。表明DTH3b在長日照條件下是獨(dú)立于Hd1和Ehd1而直接上調(diào)兩個(gè)成花素基因Hd3a和RFT1的表達(dá)來促進(jìn)水稻開花的。
　　4.本研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)無芒品種

7、Aso和IR24所建構(gòu)的染色體片段置換系CSSL23中存在明顯的長芒表型，利用其與Aso雜交的后代群體在3號染色體著絲粒附近檢測到一個(gè)在多環(huán)境中穩(wěn)定存在的長芒表型主效QTL，命名為Awn3，并分離出一個(gè)只包含27.2cM來自IR24片段的近等基因系NIL(Awn3)。遺傳分析表明Awn3為單個(gè)孟德爾遺傳因子，LOD值為18.97，在Aso×NIL(Awn3)的F2群體中能解釋55.17％的表型變異。
　　5.分別考察Aso和NIL

8、(Awn3)在不同環(huán)境條件下的長芒表型，二者的芒表型差異均達(dá)到顯著水平，且長芒表型受光照時(shí)間長短影響，芒長度及有芒穎花率高低與光照時(shí)間長短呈正相關(guān)關(guān)系。
　　6.利用Aso與NIL(Awn3)雜交的F2群體中選取的1300個(gè)有芒穎花率高的極端個(gè)體，最終將Awn3定位到一個(gè)12.3 kb的基因組區(qū)間內(nèi)，該區(qū)間僅包含一個(gè)完整的候選基因，基因號為Os03g0407400。與Aso相比，來自IR24的Os03g0407400等位基因在編碼