水稻粒形基因GL7的克隆、功能研究及育種利用.pdf

1、粒形作為水稻重要的農(nóng)藝性狀，是衡量稻米外觀品質(zhì)的主要指標(biāo)，也是影響水稻產(chǎn)量的重要因素。水稻粒形包括粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚和長(zhǎng)寬比，屬于數(shù)量性狀，主要受核基因控制，遺傳率較高，受環(huán)境影響相對(duì)較小。
　　本研究利用一份秈型細(xì)長(zhǎng)粒品種P13與日本晴、密陽46、Ⅱ-32和T461X配組，分析其F1、F2群體，發(fā)現(xiàn)P13與其他4份材料在粒形性狀上存在遺傳基礎(chǔ)差異，4個(gè)組合的F1粒長(zhǎng)均顯著高于雙親中值。利用P13與短粒品種日本晴構(gòu)建F2群體，對(duì)水稻

2、粒形QTL進(jìn)行檢測(cè)和定位，共檢測(cè)到5個(gè)主效QTL位點(diǎn)，其中一個(gè)位于水稻7號(hào)染色體分子標(biāo)記RM5508和RM234之間的7.7 cM處。針對(duì)該粒長(zhǎng)主效QTL GL7，以日本晴為輪回親本，構(gòu)建近等基因系NIL-GL7。利用一個(gè)20160株的BC6F2群體構(gòu)建連鎖遺傳圖，最終將GL7定位在一個(gè)20.4 kb的區(qū)間內(nèi)。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)間有2個(gè)候選基因：Os07g0603300和Os07g0603400。Os07g0603400編碼一個(gè)

3、未知功能的蛋白；Os07g0603300編碼一個(gè)包含TON1 RECRUIT MOTIF（TRM）的蛋白，與擬南芥中的LONGIFOLIA1和LONGIFOLIA2具有20％~22%的氨基酸同源性，而LONGIFOLIA2/TRM1可能與微管蛋白的排列有關(guān)。
　　對(duì)候選基因的表達(dá)分析結(jié)果表明，Os07g0603300在NIL-GL7幼穗部位的表達(dá)高于日本晴，而候選基因Os07g0603400則相反。進(jìn)一步對(duì)Os07g0603300

4、（GL7）基因進(jìn)行RACE分析，發(fā)現(xiàn)在P13中有兩個(gè)轉(zhuǎn)錄本GL7-S1和GL7-S2。通過對(duì)引物CAPS1和210Q之間區(qū)段的DNA測(cè)序，我們?cè)贜IL-GL7中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)17.1 kb的DNA片段串聯(lián)重復(fù)。該GL7位點(diǎn)的拷貝數(shù)變異（Copy Number Variation，CNV）較好地解釋了連鎖交換分析中出現(xiàn)的大量“矛盾”單株的現(xiàn)象。
　　在日本晴背景下，以Ubiquitin驅(qū)動(dòng)過表達(dá) GL7-S1（pUbi::GL7-S1P

5、13）和GL7-S2（pUbi::GL7-S2P13）均導(dǎo)致粒長(zhǎng)增加約10%，而在秈稻浙輻802背景下過表達(dá)GL7-S1（pUbi::GL7-S1P13）的粒長(zhǎng)增加達(dá)21%。GL7表達(dá)量和表型分析結(jié)果表明粒長(zhǎng)增加幅度和GL7表達(dá)量相關(guān)。組織細(xì)胞學(xué)觀察表明GL7可促進(jìn)細(xì)胞的縱向延伸，同時(shí)過表達(dá)GL7還可促進(jìn)稻米胚乳淀粉顆粒緊密規(guī)則排列。進(jìn)一步的遺傳分析和轉(zhuǎn)基因結(jié)果表明，CNV導(dǎo)致GL7表達(dá)量上升的同時(shí)，還引起上游調(diào)控基因Os07g0603

6、400的下調(diào)；Os07g0603400與GL7的表達(dá)間存在間接調(diào)控關(guān)系。
　　對(duì)96份不同來源的品種在GL7、Os07g0603400、GS3、GW8、GS5、TGW6、GW2、GL3.1/qGL3的序列和等位型聚類分析表明，GL7、GS3、GW8、TGW6和GS5對(duì)粒長(zhǎng)均有貢獻(xiàn)，其中GL7和GS3是粒長(zhǎng)多樣性的主要影響因子。相關(guān)序列分析表明，GL7和其負(fù)調(diào)控因子與水稻粒形的多樣性相關(guān)，并且GL7位點(diǎn)的CNV已在育種中被選擇和利用