水稻矮化寬葉突變體dw1的鑒定與功能分析.pdf

1、葉片是水稻光合作用的主要場所，光合產(chǎn)物占稻谷碳水化合物總量的90％以上。增加水稻葉面積指數(shù)和光能利用效率對提高單產(chǎn)和改善品質(zhì)具有重要的意義，因此，水稻葉片形態(tài)的改良是水稻株型育種的重要目標之一，研究其分子發(fā)育機理則有助于水稻理想株型育種。目前研究人員已克隆了一些水稻葉形和葉面積發(fā)育調(diào)控基因，但是克隆的還較少且基因之間的調(diào)控關(guān)系不清晰，水稻葉片發(fā)育機理有待進一步的深入研究。西南大學(xué)水稻所利用 EMS誘變秈型水稻恢復(fù)系Jinhui10號，從

2、其后代鑒定到一個植株變矮、葉片變寬的突變體dw1，本文對其進行了表型鑒定、光合色素含量分析、光合參數(shù)測定及細胞學(xué)分析，并開展了遺傳分析、基因定位、圖位克隆、候選基因驗證和功能分析等研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴田間栽培條件下，突變體dw1全生育期植株矮化、葉色深綠，灌漿期倒1葉、倒2葉和倒3葉的長度變短、變寬，且葉片表面出現(xiàn)較嚴重的褶皺，大維管束與小維管束增多及相鄰小維管束之間的間距增大是導(dǎo)致dw1葉片變寬的主要原因。⑵農(nóng)藝性

3、狀分析發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，dw1的株高、有效穗數(shù)、穗長、穗實粒數(shù)和結(jié)實率均極顯著降低，千粒重則極顯著增加。進一步分析發(fā)現(xiàn)，dw1的各節(jié)間長顯著短于野生型，粒長與野生型相比無差異，籽粒寬顯著增加，進而導(dǎo)致dw1千粒重顯著增加。⑶抽穗期對光合色素含量測定，結(jié)果顯示dw1的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的含量與野生型相比無顯著變化，類胡蘿卜素含量則顯著或極顯著地降低。熒光動力學(xué)參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)dw1的氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率極顯著低于野生型，凈光合速率和

4、水分利用率則極顯著高于野生型。⑷突變體dw1相鄰小維管束之間的葉肉細胞數(shù)目增多，維管束整體變大，薄壁細胞、維管束鞘細胞數(shù)增多，葉肉細胞層數(shù)增多，推測葉肉細胞層數(shù)增多可能是導(dǎo)致dw1葉色濃綠、凈光合速率增加的主要原因。⑸遺傳分析表明dw1的矮化寬葉性狀受單隱性核基因控制，利用SSR和Indel分子標記最終將目的基因限定在第6染色體Indel標記Ind6-9與Ind6-10之間16 kb的物理距離內(nèi)，包含3個注釋基因。對定位區(qū)間內(nèi)的注釋基因

5、測序，發(fā)現(xiàn)LOC_Os06g03710外顯子第1675個堿基發(fā)生了A-T的堿基替換，導(dǎo)致翻譯的提前終止，初步判定為DW1的候選基因。⑹在西農(nóng)1B的EMS誘變體庫中鑒定到一個與dw1表型類似的突變體dw1-1，受單隱性核基因調(diào)控，定位區(qū)間包含DW1基因。對LOC_Os06g03710進行測序，發(fā)現(xiàn)dw1-1在外顯子第822個堿基后插入了一個鳥嘌呤G，且在第888個堿基處發(fā)生了C-T的堿基替換，從而導(dǎo)致LOC_Os06g03710從第275

6、個密碼子處發(fā)生移碼突變，并在第297個密碼子處翻譯提前終止。配制dw1-1和dw1雜交組合，F(xiàn)1表型類似突變型，從而表明LOC_Os06g03710即為DW1目的基因。⑺DW1在苗期、分蘗期和抽穗期均有表達，其中苗期表達量最高，抽穗期其次，分蘗期表達量最低。此外還發(fā)現(xiàn)，正在發(fā)育的葉片（心葉）DW1表達很低，而在成熟葉中則檢測到相對較高的表達水平，但整體的表達量仍相對較低。⑻野生型經(jīng)外源IAA處理后DW1表達水平下降，葉片變寬；dw1經(jīng)外