水稻CCT家族基因的功能研究和Hd1的重新克隆.pdf

1、水稻開花期決定水稻的地區(qū)適應性，同時影響了水稻的產量。而開花期和產量，作為兩個最重要的農藝性狀在現(xiàn)代栽培稻的馴化和進化過程中都受到了選擇。水稻的開花期是復雜的數量性狀，受多基因控制，在水稻復雜的開花分子調控網絡中，涉及了許多含有CCT結構域的基因。在水稻中共有41個CCT家族基因，分為3個亞類:COL，CMF和PRR。其中，Hd1是擬南芥CO的同源基因同時是水稻中通過圖位克隆方法分離的第一個調控開花的基因，屬于COL亞類。水稻發(fā)育核心調

2、控基因Ghd7屬于CMF亞類。在調控水稻高緯度種植中起主要作用的Ghd7.1/PRR37屬于PRR亞類。Hd1，Ghd7和Ghd7.1均同時控制水稻開花期，株高和產量。迄今為止已經有13個CCT家族基因被報道過，它們都調控水稻的開花，同時其中一些基因還涉及水稻產量，株高，非生物脅迫和晝夜節(jié)律調控。CCT家族基因具有豐富的自然變異，在馴化和改良過程中經歷多次自然和人工的選擇。幾個重要CCT家族基因的等位基因顯示具有地理分布特性（如Hd1，

3、Ghd7和Ghd7.1），與產量潛力高度相關。CCT家族基因的功能鑒定和分子機制的研究將有助于完善水稻開花的調控網絡，并最大限度地發(fā)揮其對水稻生產的貢獻。
　　為了更高效地鑒定更多的CCT家族開花基因，我們使用了CRISPR/Cas9技術，通過轉基因創(chuàng)建了水稻41個CCT家族基因的突變體。在T0代突變體中，平均的突變頻率接近60％，其中有10％左右的純合或雙等位突變。但不同基因產生的突變頻率差異較大，這可能與基因的二級結構或靶位點

4、的位置有關。在長日照條件下，13個已報道功能的CCT基因中只有4個在突變體中出現(xiàn)與之前報道相似的表型，其中Ghd7和DTH2突變體同時出現(xiàn)開花期和株高的表型，而Hd1和OsCo110僅出現(xiàn)了株高的表型。同時我們發(fā)現(xiàn)有4個未報道的CCT家族基因（OsCCT3，OsCCT22，OsCCT38和OsCCT41）影響水稻開花。而OsCCT41，OsCCT5和OsCCT25影響水稻的株高表型。通過qRT-PCR我們發(fā)現(xiàn)CCT家族基因主要具有八種基

5、因表達模式，而基因的表達模式可能與功能冗余有關。本研究中通過親緣關系遠近構建的14組雙突材料均未出現(xiàn)明顯表型，所以CCT家族基因可能在調控水稻開花中功能冗余可能涉及多個基因。
　　我們構建的珍汕97聚合Ghd7和Ghd8的材料在長日照條件下表現(xiàn)為極端晚花，但是在同樣具有有功能的Ghd7和Ghd8的自然品種93-11卻可以正常開花，我們利用兩者雜交構建F2群體，后代中早花與晚花的比例剛好符合1∶3。然后我們通過圖位克隆的方法我們篩選

6、了跨越整個基因組的120個標記并發(fā)現(xiàn)RM314具有多態(tài)性，同時它與Hd1緊密相關。進一步的研究結果確定導致ZS97聚合Ghd7和Ghd8后表現(xiàn)為極端晚花的原因就是Hd1。隨后在構建的一個93-11和珍汕97的F2群體中我們發(fā)現(xiàn)Ghd7，Ghd8和Hd1是群體中調控開花的主效基因，同時三基因間具有顯著的遺傳互作。通過對多份自然栽培品種和野生稻中Ghd7，Ghd8和Hd1的測序和核酸多態(tài)性分析，確定了多種基因的單倍型。同時通過與基于開花期和