《控制水稻秈粳雜種衰敗的關鍵基因克隆及功能解析》是依託揚州大學，由嚴長傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：控制水稻秈粳雜種衰敗的關鍵基因克隆及功能解析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：嚴長傑
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用水稻解析物種的進化和形成機制已經成為植物分子生物學研究的熱點。已有研究表明水稻秈粳亞種間雜交後代往往表現出不同形式的生殖障礙，包括雜種不育、雜種衰敗、生活力下降等。其中關於秈粳雜種不育的遺傳和分子機制已經得到了廣泛的研究，發現了一批控制秈粳雜種育性的基因，其中控制雌配子育性的S5和雄配子育性的Sa已經被成功克隆。然而，人們對秈粳雜種衰敗的遺傳機制及其相關基因還了解甚少。本課題組已經對水稻秈粳雜種衰敗的遺傳機制進行了初步研究。本研究旨在進一步採用秈粳雜交衍生的F2群體、單片段代換系群體（CSSL）進一步分析水稻雜種衰敗的遺傳機理；並通過構建高代回交群體結合圖位克隆策略，克隆其中兩個關鍵基因，在分子水平上闡明控制水稻雜種衰敗關鍵基因的功能及其作用機制。通過該研究，必將加深人們對水稻雜種衰敗遺傳機理的認識，同時也為水稻高產育種中秈粳亞種間有利基因的利用提供有益的思路。
結題摘要
亞洲栽培稻包含兩個主要亞種，秈稻和粳稻。秈粳亞種間雜種除了有強大的雜種優勢以外，往往伴隨有雜種不育和雜種衰敗兩種育性障礙。關於雜種不育的遺傳和分子機制已經取得了較多的研究成果，先後克隆了控制胚囊和花粉不育的關鍵基因S5和Sa。但是，對於雜種衰敗的遺傳機制和相關基因的克隆卻進展較慢。 本研究利用由Habataki（秈稻）/Sasanishiki（粳稻）組合衍生的染色體單片段代換系群體（CSSL）和回交自交系群體（BIL），研究了水稻亞種間雜種衰敗的遺傳機制，並進行了關鍵基因的克隆。研究發現：（1）以小穗育性為指標，採取QTL定位的策略，在CSSL和BIL群體中均檢測到兩個穩定的QTL，分別為qSF12和qSF8。統計分析表明，兩個QTL之間的互作是導致雜種衰敗的主要原因。（2）組織化學分析表明，該組合後代的雜種衰敗表現為典型的小穗育性變低，其原因是部分胚囊不能正常發育，而花粉的育性完成正常。（3）進一步構建高代遺傳分析群體對qSF12進行了精細定位，將qSF12定位於第12染色體上M12-16和M12-13之間約137Kb的區間內。該區間內共有9個具有cDNA全長的候選基因，通過測序和RNA-seq分析，初步確定了qSF12的候選基因為LOC_Os12g38850，該基因編碼一個含有DUF1336結構域蛋白，該蛋白可能與細胞程式死亡相關。（4）RNA干涉試驗和基因互補試驗結果表明：來自Sasanishiki的qSF12S能恢復SL438的育性，而在Sasanishiki中下調LOC_Os12g38850的表達，轉基因植株的小穗育性會顯著降低，表明LOC_Os12g38850就是qSF12的候選基因。（5）qRT-PCR分析和GUS表達分析表明，LOC_Os12g38850在各組織均有表達，但是在子房中表達最高。（6）測序結果表明，Sasanishiki和Habataki的基因組序列在LOC_Os12g38850第10個外顯子上存在一個3bp鹼基（GAT）的差異。該差異在秈粳品種之間普遍存在，暗示了LOC_Os12g38850在秈粳分化中具有重要作用。（7）初步將qSF8定位於第8染色體RM8018和RM6833之間。 該研究不僅揭示了秈粳雜種後代中雜種衰敗的遺傳機制，克隆了控制雜種衰敗的關鍵基因；同時也為理解水稻秈粳亞種的分化奠定了重要基礎。
