水稻粒型基因GS2的克隆與功能分析

《水稻粒型基因GS2的克隆與功能分析》是依託廈門大學，由江良榮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻粒型基因GS2的克隆與功能分析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：江良榮
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

水稻籽粒大小是水稻產量構成的重要因素之一。粒型相關基因的克隆及功能研究對培育高產優質的水稻新品種、植物種子發育機理研究均具有重要的意義。目前鑑定的水稻粒型基因只有4個。本實驗室利用水稻成熟花粉輻照誘變技術，獲得了一批大粒材料。利用這些種質資源，構建近等基因系，在2號染色體上定位到一個粒型/粒重性狀的主效基因，其對千粒重的貢獻率高達61%。目前已將之精細定位於20 Kb內，該區間內僅有一個候選基因且功能未知。通過與GW2對比分析，表明該基因是一個新發現的水稻粒型性狀基因，命名為GS2。本項目將利用Gateway技術和農桿菌介導法，開展GS2基因功能互補、超表達及RNA干擾研究，以證實GS2就是粒型基因；藉助啟動子-GFP轉基因實驗及實時定量PCR方法分析GS2時空表達情況；通過分子標記及基因測序方法跟蹤該基因的進化情況，為深入研究水稻粒型的形成機理及實際育種中的套用奠定基礎。

結題摘要

本項目實施以來，我們認真按照既定的研究方案及技術路線開展相關的研究工作，各項工作進展順利，完成項目契約的各項指標，項目經費嚴格按照預算開支，項目執行取得了預期的效果。 首先開展了LGS1基因的功能互補驗證及超表達實驗，結果顯示，LGS1基因能恢復lgs1的功能，減小了受體株系粒型，降低了千粒重；其表達量的升高也會影響水稻籽粒的發育，減小粒型。LGS1基因的時空表達特性分析表明，LGS1基因可能只在發育中的穎花中特異表達，主要參與穎花發育過程的調節。利用lgs1近等基因系進行穀粒性狀及灌漿速率差異分析發現，lgs1的近等基因系，早期灌漿速率快，效率高，很可能具有增大細胞的作用，從而起到增大粒形、增加粒重的作用。具體作用機制，有待於進一步研究。LGS1基因的序列分析進一步揭示了突變體中LGS1基因的引起功能變化的突變位點及秈粳稻間的保守差異位點。根據該基因特異性突變位點，我們設計了特異性引物1對，可用於水稻分子標記輔助育種中快速導入該基因，實現基因的快速轉育。 本研究通過圖位克隆獲得的粒形基因LGS1，並通過一系列的實驗證的該基因的功能，達到預期目的。該基因可套用於實際水稻育種中，利用分子標記輔助育種，實現基因的快速轉育，從而增大稻穀粒型，增加水稻千粒重，最終達到增產的目。同時該基因的克隆，對水稻粒形遺傳網路調控的研究提供了新的研究素材。 通過本項目的實施，我們獲得了一個新的調控水稻粒形基因LGS1，初步了解其功能及對水稻穀粒發育的影響；了解基因序列特性，設計了可用分子標記輔助育種的特異性分子標記；在Trends in Plant Science和PLoS ONE雜誌上分別發表了一篇論文，這兩篇雜誌 2013年的影響因子分別是13.5和3.5；培養兩名博士生和3名碩士研究生。本項目順利完成了契約規定的各項指標，並為今後該基因的調控機制研究奠定的基礎，項目執行獲得很好的效果。