水稻粒寬和粒重QTLGW5的精細(xì)定位及其功能初步分析.pdf

1、水稻（Oryza sativaL.）作為全球最重要的糧食作物之一，隨著耕地的減少和人口的增長，提高其產(chǎn)量對于解決未來糧食安全問題具有十分重要的戰(zhàn)略意義。水稻粒形（包括粒長、粒寬、長寬比與粒厚）是稻米最重要的外觀品質(zhì)指標(biāo)之一，影響稻米的產(chǎn)量和加工品質(zhì)。粒形是受多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，目前大部分對于粒形的研究僅局限于利用初級定位群體進行QTL分析。本研究利用具有粳稻（寬粒）品種Asominori遺傳背景、秈稻（窄粒）品種IR24供體片段的

2、染色體片段置換系材料CSSL28（窄粒）與背景親本Asominori回交構(gòu)建F2次級分離群體，并以水稻谷粒和糙米的粒寬、粒長和長寬比為研究對象，進行遺傳分析、初步定位和單基因分離。最終我們精細(xì)定位與克隆了控制水稻粒寬、長寬比和千粒重的QTL GW5，并進行了GW5的初步功能分析，同時還比較了目標(biāo)置換系CSSL28與背景親本Aosminori在產(chǎn)量性狀及其水稻穎殼細(xì)胞形態(tài)學(xué)等相關(guān)性狀的差異。主要結(jié)果如下：
　　 Asominori

3、與CSSL28的粒形差異顯著(P＜0.01)，其中CSSL28稻谷的粒寬與長寬比分別為Asominori的83.6％與126.6％，糙米分別為91.6％與123.7％，而其他農(nóng)藝性狀（如株高、株形和穗形等）無顯著性差異；在產(chǎn)量相關(guān)性狀，置換系CSSL28與背景親本Asominori的分蘗數(shù)、結(jié)實率無顯著性差異，而CSSL28的單株粒重、單穗粒重和千粒重顯著低于Asominori(P＜0.01)。穎殼細(xì)胞形態(tài)學(xué)分析表明，CSSL28與As

4、ominori之間粒寬的差異是由其穎殼外圍薄壁細(xì)胞數(shù)目的差別引起，并且CSSL28籽粒果柄橫切面的維管束面積明顯低于Asominori；Asominori開花后5～20天的灌漿速率高于CSSL28，同時前者堊白性狀指標(biāo)在籽粒成熟后偏高；另外，加工品質(zhì)分析表明，Asominori的糙米率(P＜o(jì).01)與精米率(P＜0.05)顯著高于CSSL28。
　　 利用CSSL28與背景親本Asominori回交構(gòu)建F2次級群體，將控制水稻

5、粒寬和長寬比的QTL分解為單基因GW5，寬粒表型受單隱性核基因控制；水稻籽粒表型和分子標(biāo)記分析表明，由于F2群體粒形性狀受秈粳雜種部分不育位點S31(t)影響，窄粒單株/寬粒單株比例偏離3：1分離；我們利用包含2,180個寬粒單株的F2次級群體和自行設(shè)計的SSR、CAPS與InDel標(biāo)記，將GW5最終定位在第5染色體短臂位于標(biāo)記Cw5與Cw6之間的一個交換重組熱點區(qū)域，距兩標(biāo)記的物理距離分別為10kb和11kb左右，且標(biāo)記Indel1、

6、Inde12與GW5共分離。21kb范圍序列與轉(zhuǎn)錄本分析表明，ORF1與ORF3在兩親本中核苷酸和轉(zhuǎn)錄水平未發(fā)生明顯的變化，而寬粒材料Asominori相對于窄粒材料CSSL28和IR24主要存在1.2kb基因組片段的缺失，通過軟件預(yù)測發(fā)現(xiàn)該缺失區(qū)域內(nèi)存在開放閱讀框ORF2，我們把該ORF定為GW5的候選基因。同時，對46個栽培品種和12個野生稻資源的該區(qū)段序列分析發(fā)現(xiàn)，寬粒材料1.2kb基因組片段均缺失，而野生稻和窄粒品種則含有這一區(qū)

7、段，據(jù)此推測該缺失區(qū)域內(nèi)的ORF2是GW5的候選基因，且GW5可能與水稻的馴化相關(guān)。
　　 RT-PCR分析表明，GW5基因僅在窄粒的材料中表達；亞細(xì)胞定位與酵母雙雜交結(jié)果顯示，GW5定位于細(xì)胞核中并可能參與蛋白的泛素降解途徑；然而，利用2.5kb包含ORF2的基因組和過量表達ORF2并未使轉(zhuǎn)基因的Asominori籽粒變窄，該結(jié)果表明通過預(yù)測得到的ORF2并不完整；我們通過RACE并結(jié)合Southem blot技術(shù)獲得了部分G