《水稻粒形基因GS9的克隆及其功能研究》是依託揚州大學，由李錢峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻粒形基因GS9的克隆及其功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李錢峰
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻粒形不但影響水稻產量，也與稻米品質密切相關。因此，選育優良粒形稻米品種是進行高產優質育種的一個有效途徑。申請人從以粳稻日本晴為受體、秈稻清蘆占11為供體的染色體片段代換系中鑑定了一個調控水稻粒形的主效QTL GS9。利用近等基因系證明來自清蘆占11的等位基因gs9可特異性增加粒長、減少粒寬和降低堊白，對整精米率等其他加工品質和產量性狀均無明顯影響，具較好的套用潛力；同時發現植物激素可能參與GS9對水稻的粒形調控。本項目擬在前期精細定位GS9的基礎上，對目標區域內候選基因進行克隆和測序分析，通過互補試驗驗證GS9的候選基因，並進一步從轉錄組學、蛋白互作、遺傳互作、激素調控等角度系統分析其遺傳效應和生物學功能，探明GS9調控水稻粒形形成的分子機制。同時，在主栽水稻品種中評價gs9的育種價值，鑑定不同種質資源中GS9的自然等位變異，為水稻粒形的分子改良提供優異的基因資源。
結題摘要
水稻是我國重要的糧食作物之一，高產與優質一直是水稻品種改良的最主要目標。水稻粒形不但影響水稻產量，也與稻米品質密切相關。因此，選育優良粒形稻米品種是進行高產優質育種的一個有效途徑。前期研究中我們在以粳稻日本晴為受體、秈稻清蘆占11為供體的染色體片段代換系中鑑定到一個調控水稻粒形的主效QTL GS9，並對GS9進行了精細定位。在此基礎上，本項目重點圍繞GS9的基因克隆、生物學功能解析及調控稻米粒形的分子機制開展系統研究，並取得了預期的研究成果；相關結果發表論文3篇，其中包括Nature Communications在內的SCI論文2篇；申請專利2項，其中有關GS9基因的專利獲得授權；培養博碩士生5人，其中2名已畢業；項目主持人李錢峰入選江蘇省雙創團隊（2017）、江蘇省青藍工程優秀青年骨幹教師（2019）、江蘇省六大人才高峰（2019）等。 首先，利用圖位克隆法順利克隆到粒形調控基因GS9，通過測序明確其第二外顯子上一段7Kb外源DNA片段插入是導致GS9基因突變的原因，後續功能互補實驗確認GS9是籽粒細長突變體的目標基因。GS9突變導致籽粒變得細長，而其過表達則使籽粒變得短圓。GS9編碼一個功能未知的蛋白，其通過影響細胞分裂調控籽粒粒形。利用酵母雙雜篩庫，鑑定到與GS9互作的OFP家族蛋白OFP8和OFP14。已知OFP8本身受到植物激素BR信號通路中GSK2激酶的調控，後續轉錄激活實驗等證明OFP8和OFP14均可通過互作抑制GS9的轉錄活性。因此，初步建立了一個GSK2-OFPs-GS9協同調控籽粒粒形的分子模式，且GS9與BR信號通路之間存在著複雜的影響與調控。同時，通過創建gs9與gs3、GW5的聚合材料，明確gs9調控水稻粒形獨立於gs3和GW5，代表一種籽粒粒形調控的新機制。鑒於gs9等位基因具有特異性增加粒長的表型，且可顯著提高稻米的外觀品質，因此，我們利用CRISPR/Cas9技術在武運粳8號、武運粳27號、2611等推廣粳稻品種中敲除GS9，均獲得籽粒細長、外觀品質提高的優質材料，進一步表明gs9具有很好的育種利用價值。
