野生稻穗粒數QTL GPA2的克隆及分子進化研究

《野生稻穗粒數QTL GPA2的克隆及分子進化研究》是依託中國農業大學，由譚祿賓擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：野生稻穗粒數QTL GPA2的克隆及分子進化研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：譚祿賓
• 項目類別：面上項目

項目摘要

穗粒數是水稻產量構成因素之一。栽培稻的近緣野生祖先種－普通野生稻枝梗數和穗粒數少，而馴化為栽培稻後，枝梗數和穗粒數顯著增加，產量大幅度提高。但穗粒數是典型的數量性狀，遺傳機制比較複雜，目前其調控與馴化的分子機理仍不清楚。申請者從元江普通野生稻滲入系中，鑑定出一個穗粒數少的滲入系YIL19-92，並在其第2染色體長臂末端檢測到一個影響穗粒數的QTL（GPA2）。本研究將在 GPA2精細定位的基礎上，克隆穗粒數 GPA2基因，鑑定其生物學功能，研究GPA2參與的水稻穗粒數分子調控途徑，比較野生稻GPA2基因與栽培稻gpa2基因在序列、表達及基因組結構上的差異，揭示GPA2基因在水稻馴化過程中的變化和選擇規律。研究結果不僅為闡明水稻穗粒數調控與馴化的分子機理提供重要參考，也為水稻分子育種提供新的基因。

結題摘要

水稻穗粒數是影響水稻產量的重要因素之一。水稻的近緣野生祖先種－普通野生稻枝梗數和穗粒數少，而馴化為栽培稻後，枝梗數和穗粒數顯著增加，產量大幅度提高。但穗粒數是典型的數量性狀，遺傳機制比較複雜，目前其調控與馴化的分子機理仍不清楚。本研究通過調查雲南元江普通野生稻滲入系產量相關性狀發現，滲入系YIL19較受體親本特青穗粒數明顯減少。進一步分析穗部結構，YIL19穗粒數減少是由於其一次枝梗長度較特青縮短，導致二次枝梗數減少引起的。利用滲入系YIL19與受體親本特青回交，構建次級分離群體，第2染色體長臂末端檢測到一個影響穗粒數的QTL GPA2，且該QTL來自野生稻的等位基因為顯性，表現為減少穗粒數。進一步利用由4512個F2單株組成分離群體，將GPA2精細定位在粳稻品種日本晴參照基因組為47kb的區間內。通過測定精細定位區間內基因組序列發現，野生稻基因組在第1個預測基因的第3個外顯子上檢測到了一個長度為1096bp的DNA片段插入。RNA-Seq和RACE實驗結果表明，該插入產生了2個新的轉錄本，長度分別為497bp和494bp，其前體由2個外顯子和1個內含子組成。利用生物信息學方法查找編碼蛋白開放閱讀框發現，該轉錄本最長開放閱讀框為213bp，僅編碼由70個胺基酸構成的多肽。因此，我們推測該轉錄本也有可能以長鏈非編碼RNA的形式行使功能。基因功能互補實驗結果表明，該轉錄本過表達轉基因植株較對照植株穗粒數明顯下降，由此可證明該轉錄本即就是目標基因GPA2。同時，利用不同濃度外源赤黴素處理YIL19和受體親本特青發現，YIL19幼苗表現出對外源赤黴素不敏感的特徵，由此初步推測GPA2可能通過赤黴素途徑調控水稻穗粒數。本研究所克隆的來自野生稻調控穗粒數的QTL GPA2，是由一個DNA片段插入事件所產生的新基因。因此，本研究結果不僅證明了野生稻GPA2可調控水稻穗粒數的形成，為水稻產量性狀馴化的分子機理提供重要參考，而且發現了一個基因形成新的模式，為揭示新的基因形成機制提供了一個實證，具有十分重要的理論和實際意義。