油菜素內酯調控水稻株型與粒型的分子機制

《油菜素內酯調控水稻株型與粒型的分子機制》是李仕貴為項目負責人，四川農業大學為依託單位的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：油菜素內酯調控水稻株型與粒型的分子機制
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：李仕貴
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

水稻株型和粒型對提高水稻產量具有重要意義。雖然近年克隆了多個相關基因，但其分子調控網路還不清楚。我們前期從重穗型雜交稻骨幹親本蜀恢498突變體庫中鑑定了一份株高降低，葉夾角變小和粒長變短材料sg2。遺傳和定位分析表明sg2受msp和osserk1兩對隱性基因控制，分離後的單突07sg2和08sg2株高與粒長均介於WT與雙突之間，且單突，雙突對BL表現頓感，表明兩候選基因可能通過BR信號途徑調控株高和粒型，且二者具有一定的相互作用。本項目擬在已有研究基礎上，利用sg2, 07sg2，08sg2和osbri1突變體從BR信號途徑出發，在遺傳，細胞學，分子生物學等方面深入研究MSP，OsSERK1與OsBRI1調控水稻株型和粒型發育的分子機制，以及他們的相互關係，為全面解析水稻株型和籽粒發育的分子調控網路奠定基礎，進一步發掘優良等位基因，為水稻株型和籽粒相關的分子設計育種提供基因資源和理論依據。

結題摘要

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，是全球一半以上人口的主食。粒型不僅是決定水稻產量的一個重要因素，而且還會影響稻米外觀品質。近年來，很多粒型相關基因已經被克隆，但是這些基因的調控機制還並不是很清楚。我們在重穗型雜交稻骨幹親本蜀恢498 (R498)的EMS誘變突變體庫中鑑定到一個小粒突變體short grain 2 (sg2)，sg2突變體主要表現為株高降低，穗長，粒長變短。遺傳分析表明sg2表型受兩對隱性基因控制。結合回交分離群體和Mutmap測序定位方法：將sg2定位在第7和第8號染色體上。對候選基因進行共分離及轉基因驗證，將sg2的候選基因確定為第7號染色體上的LOC_Os07g37270 (Motile Sperm Protein, MSP)和第8號染色體上的LOC_Os08g07760 (OsBAK1) 。同時利用以上兩個基因SNP開發的功能標記在群體中分離得到只含有第7號與第8號染色體單突變位點的材料，分別命名為07sg2和 08sg2。 07sg2，08sg2均表現為株高降低，粒長和穗子變短。細胞學及定量分析發現，07SG2及08SG2均是通過調控細胞周期相關基因表達，影響細胞數量來調控粒長。對07SG2及08SG2進行序列分析發現，這兩個基因在不同植物中都是比較保守的，而且07sg2和08sg2突變位點都是發生在各自結構域非常保守的位點，最終產生明顯的表型。對07sg2進行轉錄組分析發現，ABA信號途徑相關基因表達量有顯著上調，而且ABA含量在07sg2中顯著增加，預示著07SG2可能通過ABA途徑調控粒型；08SG2/OsBAK1編碼一個BR信號受體BRI1的激酶，參與BR信號轉導，系列BR敏感性測試實驗發現，08sg2對BR敏感性降低，而BR相關基因定量分析發現，正調控BR信號的BU1表達顯著下調，而BR生物合成相關基因OsDWARF, D2, OsDWARF4表達顯著上調，為BR信號途徑調控粒型提供新的直接證據。08SG2相互作用蛋白已鑑定完成，處於轉基因驗證表型過程。將07sg2，08sg2，NIL-GS3進行聚合分析粒長發現，這三個基因可能是通過獨立的途徑調控粒長。07SG2/MSP，08SG2/OsBAK1的研究為全面揭示水稻株型和籽粒發育的分子調控網路奠定基礎，為調控水稻株型和籽粒大小提高水稻產量提供材料和理論依據。