《水稻每穗粒數QTL GN4-1的克隆和功能分析》是依託揚州大學，由周勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻每穗粒數QTL GN4-1的克隆和功能分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周勇
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國人口的增加、耕地面積的減少以及環境的惡化，提高我國第一大作物水稻的單產和總產對於保障我國的糧食安全具有舉足輕重的作用。以理想株型為模式的超級稻育種和分子設計育種是水稻分子改良的有效途徑，而水稻重要農藝性狀基因的定位、克隆和功能研究則是開展水稻分子改良的基礎。本研究組在前期工作中，從武運粳8號和8006為親本的回交導入群體中篩選出一個每穗粒數顯著增多的株系，以此為材料構建衍生分離群體，鑑定出一個水稻每穗粒數的主效QTL GN4-1，完成其遺傳分析和初步定位。本項目擬在已有基礎上，精細定位GN4-1並確定其候選基因，利用互補試驗進行驗證；通過構建NILs、過表達和RNAi株系及形態解剖觀察研究GN4-1的功能，揭示GN4-1調控每穗粒數的分子機理，明確該基因對各農藝性狀的遺傳效應及其與產量形成的關係；通過測序明確目標GN4-1在不同水稻高產品種中的分布，為開展水稻分子改良提供重要信息。
結題摘要
本研究利用高世代回交群體，精細定位了水稻每穗粒數主效QTL GN4-1，從形態學、生理學和分子遺傳學等角度分析了GN4-1遺傳模式和效應，解析了GN4-1調控每穗粒數的生理和遺傳基礎，並對GN4-1的育種價值進行評估。取得的主要結果如下： 1、在分離群體中，雜合基因型個體的每穗粒數和稀穗純合基因型個體、密穗純合基因型個體每穗粒數的差異均達顯著水平，明確了GN4-1是一個不完全顯性基因； 2、最終將GN4-1定位於第4染色體上標記RM17110和Gn2-80之間約160kb的區段內。通過序列和表達分析確定了LOC_Os04g39270和LOC_Os04g39430為GN4-1的候選基因，分別編碼一個indole-3-glycerol phosphate synthase和一個cytochrome P450蛋白； 3、選育了GN4-1近等基因系NIL(GN4-1)。8006遺傳背景下，NIL(GN4-1)能夠增加50.6%的每穗粒數，並能增加20.34%的單株產量和14.29%的小區產量。此外，GN4-1還能顯著增加水稻莖稈粗度、莖稈壁厚度和大維管束的數目，這暗示GN4-1在水稻產量和抗倒伏性的遺傳改良方面具有潛在價值； 4、比較了NIL(GN4-1)和8006穗中的細胞分裂素(Cytokinin，CK)含量，發現NIL(GN4-1)穗中4種CKs的總含量為2.71pg/mg，而8006穗中的總含量為1.78pg/mg，前者比後者高約52.04%。初步明確了CKs含量的差異是導致每穗粒數變異的生理學基礎； 5、發現細胞周期基因CycF在NIL(GN4-1)穗中的表達水平極顯著高於8006，說明GN4-1可能通過調節細胞周期基因的表達增強細胞分裂；發現除OsCKX3外的8個OsCKX基因在NIL(GN4-1)穗中的表達水平極顯著低于于8006；另外， IPT基因家族成員以及細胞分裂素回響和調節因子基因在NIL(GN4-1)穗中的表達水平極顯著低於8006； LAX1在NIL(GN4-1)和8006穗中的表達沒有顯著差異，RCN1和EP2在NIL(GN4-1)穗中的表達水平顯著高於8006，但IPA1、FZP、Gn1a、OsCLV1、OsCLV2、OsCLV3、RCN2、DEP1、EP3和PROG1等穗發育相關的基因在NIL(GN4-1)穗中的表達水平均顯著低於8006。
