《水稻穗發育和產量性狀基因的克隆及其調控途徑研究》是依託中國農業大學，由譚祿賓擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：水稻穗發育和產量性狀基因的克隆及其調控途徑研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：譚祿賓
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻穗發育與產量和品質密切相關，其發育過程涉及頂端分生組成活性、側生器官發育及其特性的維持等複雜的生物學基本問題。近年來已成功克隆了多個控制水稻穗發育的重要基因，但是其遺傳調控網路尚不清楚。本項目擬在前期克隆控制水稻株型、穗型及產量性狀進化基因PROG1和OsLG1的基礎上，通過EMS誘變攜帶PROG1或OsLG1基因的野生稻滲入系，篩選穗發育相關突變體，利用正向遺傳學方法，分離控制穗發育及產量性狀的新基因，分析其與PROG1、OsLG1及其他產量性狀基因的遺傳互作關係，揭示其參與的遺傳調控網路，並探索這些基因的生產套用潛力。本項目研究結果不僅為解析水稻穗發育及產量性狀遺傳調控網路這一重要科學問題提供參考，而且將為水稻產量性狀的分子改良提供新的基因。
結題摘要
葉型、穗型和粒型是影響水稻產量的重要農藝性狀。本項目通過EMS誘變野生稻滲入系，構建突變體庫，篩選出1個枝梗簇生突變體cpb1（clustered primary branch 1）和1個葉片窄而卷、結實率下降、籽粒形態發生顯著變化的突變體nrl2（narrow and rolled leaf 2）。採用圖位克隆策略，成功分離CPB1基因和NRL2基因。（1）CPB1基因編碼一個細胞色素P450蛋白，參與油菜素內酯的合成。在突變體cpb1背景下過表達CPB1基因可恢復正常的穗型和株高，也導致葉夾角和籽粒大小的增加。進一步利用穗部特異啟動子驅動CPB1基因的表達，其轉基因植株能夠在不影響受體親本優良農藝性狀的條件下，顯著提高籽粒大小和單株產量。研究結果不僅證明了CPB1基因特異位點突變能夠影響水稻穗型和籽粒發育，而且發現利用穗部特異啟動子操控CPB1基因的表達有望套用於水稻高產分子育種。（2）NRL2基因編碼一個未知功能蛋白。該基因突變導致葉脈數減少、遠軸端厚壁組織細胞分化異常、絨氈層退化和小孢子發育異常以及更細長的籽粒。酵母雙雜交實驗表明，NRL2和RL14存在蛋白互作。與突變體rl14相似，突變體nrl2葉片中的纖維素含量提高而木質素含量降低。進一步測量苯丙氨酸代謝產物發現，肉桂醇、楊梅素和二氫山奈酚的含量在nrl2突變體和nrl2/rl14雙突中的含量顯著降低。由此推測，NRL2基因可能通過參與苯丙氨酸代謝，影響木質素、類黃酮等次生代謝產物的含量，進而調控水稻葉片發育與雄性育性。研究結果表明NRL2基因參與了水稻營養生長和生殖生長階段多個重要性狀的發育調控，可能是一個基本發育的調節因子，並可作為一個潛在的高產水稻育種目標。
