《水稻表皮毛性狀的遺傳分析與基因克隆》是依託中國農業大學，由李金傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻表皮毛性狀的遺傳分析與基因克隆
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：李金傑
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻是我國重要糧食作物之一,也是作物功能基因組研究的模式作物。因此，水稻重要形態和農藝性狀的遺傳分析和功能基因的克隆，及其水稻進化研究具有重要意義。水稻表皮毛是重要的農藝和形態性狀,目前水稻表皮毛形成的分子機制、相關基因的克隆還沒有報導。本研究利用稻種資源分析表皮毛性狀的遺傳模式，分析和克隆相關基因。課題組已通過對大量的稻種資源葉片表皮毛的觀察，初步明確了水稻的表皮毛類型可劃分為三種類型：普通型、光殼型和毛絨型。通過等位性測試已發現光殼基因具有多個等位基因，呈現隱性上位關係；毛絨葉有一對主效基因控制。利用構建的光殼和毛絨葉近等基因系定位群體，已經將水稻光殼控制基因GL5精細定位在37kb區段內，毛絨葉基因HL6精細定位在77kb的區間內。進一步利用生物信息學和分子生物學方法克隆候選基因；通過轉基因互補測驗、目的基因的超表達和互作蛋白分析等研究基因的功能，分析水稻表皮毛形成的分子機制。
結題摘要
水稻表皮毛是重要的農藝和形態性狀, 目前水稻表皮毛形成的相關基因的克隆較少，分子機制並不清晰。本研究利用稻種資源分析表皮毛性狀的遺傳模式，克隆相關基因，並分析表皮毛基因的互作關係，多樣性及進化規律。主要研究結果如下： 將HL6(Hairy Leaf 6)基因精細定位在39Kb區間內，測序分析結果顯示LOC_Os0g4790、LOC_Os0g4810和LOC_Os0g4820等三個基因在毛絨葉與無毛材料間存在 序列差異。通過qRT-PCR分析發現LOC_Os0g4790基因在毛絨葉材料中表達較高。我們把這三個基因作為HL6的候選基因進行功能互補及RNA干擾轉基因驗證。 將光殼控制基因gl5(glabrous leaf 5)精細定位在33kb區間，經 qRT-PCR表達分析，將OC_Os05g02730作為控制光殼性狀的候選基因。對LOC_Os05g02730基因進行RNA干擾實驗，RNAi植株穎殼上的表皮毛幾乎完全消失，證明表皮毛的缺失是由GL5基因的表達水平降低導致的表型發生變化。 另外，精細定位並克隆了與gl5基因非等位的控制水稻光殼性狀的基因glr3(glabrous leaf rice 3)。 GLR3基因RNAi轉基因株系葉片和穎殼的表皮毛顯著減少或完全消失,GLR3基因的互補和過表達轉基因株系的穎殼觀察到表皮毛生長。為了證明GL5和GLR3之間的互作關係以及調控表皮毛的分子機制，我們設計了一系列實驗。發現GL5基因的表達水平在GLR3的RNAi轉基因植株中顯著上升，但在GLR3基因的互補和過表達轉基因植株中卻是降低的。通過菸草瞬時表達分析啟動子活性實驗，結果顯示GLR3基因上調錶達可以抑制GL5基因啟動子的活性，說明GLR3基因在水稻表皮毛髮育的過程中對GL5基因具有轉錄抑制的作用。對GL5基因和GLR3基因在不同水稻品種間的核苷酸多樣性及進化規律進行分析,結果顯示GL5基因在光殼熱帶粳稻中受到了選擇。單倍型之間的進化關係表明，野生稻中沒有表型分化，中國普通野生稻演化成溫帶粳稻和熱帶粳稻，粳稻演化成光殼稻和非光殼稻兩種類型，並且大多數光殼材料屬於熱帶粳稻。而GLR3是稀有單倍型，進化過程中未受到選擇。 以上研究結果對水稻表皮毛形成的研究起到巨大的推動作用，同時為解析功能基因組學提供了理論依據。
