《基於滲入系精細定位與克隆長藥野生稻高產大穗基因Gn2》是依託武漢大學，由李紹清擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於滲入系精細定位與克隆長藥野生稻高產大穗基因Gn2
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李紹清
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
過去半個世紀以來，我國水稻種質創新取得了突出成就。但強烈的人工選擇，導致現代水稻品種遺傳多樣性不斷窄化；水稻單產增長緩慢，表現出強烈的遺傳瓶頸。野生稻長期處於自然狀態，積累了多種優良變異，包括高產基因。隨著現代生物技術的發展，普通野生稻高產基因的發掘取得了巨大進展，但其他野生稻種高產基因的發掘利用尚未見報導。長藥野生稻具有株型高大，莖稈粗壯，長穗、大花葯等特性。為發掘利用其有利基因，我們以9311為受體構建了一套含148個株系的 BC2F8穩定滲入系，通過24個重要農藝性狀的考察，發現株系IL1880莖稈粗壯，穗大粒多，產量明顯高於回交親本9311，遺傳分析顯示其含有一大穗高產基因Gn2，初步定位在第4染色體。在此基礎上，構建了以9311為背景的近等基因系。進而以近等基因系構建F2大群體,精細定位、克隆該基因，研究其遺傳效應和分子機理，為水稻高產改良提供新的基因資源。
結題摘要
為發掘利用野生稻有利基因，我們採用圖位克隆法克隆了長雄蕊野生稻控制一次枝梗的大穗基因Gn2，並初步分析了其作用機理。同時，通過比較雜交稻紅蓮優6與其雙親9311和粵泰A，克隆鑑定了一個調控水稻二次枝梗和穗粒數的關鍵基因miR396b，並闡明了其作用機理。 （1）我們以9311/L1880的F2構建了一個8000株的定位群體，參照日本晴基因組，將L880控制一次枝梗的基因Gn2（Gn8.1）定位在第8染色體長臂一個71.1Kb的區段。比較長雄蕊、日本晴和明恢63在該區段的編碼基因發現，日本晴、L880和明恢63除均含6個相同的蛋白編碼基因外，L880還含有一個栽培稻所沒有的新基因，與大穗共分離且在穗中高表達，推測為Gn2。同時在Gn2位點，9311與L1880都含有大穗基因OsSPL14，可彼此僅啟動子區有一SNP差異，但OsSPL14在L1880中的表達比9311高3.5倍，推測這種差異可能來自表觀修飾。染色質組蛋白修飾分析發現，9311的H3K27me2 及H3K27me3修飾程度顯著高於L1880，且9311中OsSPL14啟動子-900至-600bp區間內胞嘧啶的甲基化水平也明顯高於L1880；說明GN2主要通過H3K27me2與H3K27me3修飾來調控OsSPL14的表達，從而影響水稻的一級枝梗數。 （2）為了分析Gn2在雜交稻中利用的可行性，我們以L1880分別與蜀恢527、珞揚6號和9號雜交，聚合大穗基因Gn2、恢復基因Rf3~Rf6、抗稻飛虱基因Bph6和Bph9，藉助分子標記輔助選擇，與9311回交2代後，在118個BC2F1株系中選育出52個聚合了Rf3-Rf6、Gn2、Bph6及Bph9的七基因株系。抗蟲、測產和恢復性鑑定表明，這些株系不僅產量高、抗稻飛虱，配合力好，而且恢復紅蓮、野敗和兩系不育系，具有良好的套用前景。 （3）通過比較雜交稻紅蓮優6及其親本9311和粵泰A幼穗中miRNA表達，發現17個存在顯著差異，通過遺傳互補驗證分析表明miR396b是調控二級枝梗伸長和穎花分化的關鍵基因。進而通過遺傳和分子分析發現其功能是通過下游的靶基因GRF6來實現的。而GRF6屬於轉錄因子，它直接上調幼穗中調控生長素合成與信號傳導相關基因ARF7和ARF11、以及調控枝梗分化的MADS34和小花分化的TAWAWA1基因表達，從而促進穗子變大，提高產量。
