一個水稻粒重基因的精細(xì)定位和候選基因分析.pdf

1、水稻作為人們賴以生存的糧食作物，與國家糧食安全息息相關(guān)。提高水稻產(chǎn)量是保障糧食安全的重要途徑。挖掘和研究產(chǎn)量相關(guān)基因是高產(chǎn)育種的基礎(chǔ)。本研究以一份特大籽粒水稻材料(307R)為供體親本，三個恢復(fù)系IR24、明恢63、蜀恢527為輪回親本，構(gòu)建回交世代群體。在前人初步定位的基礎(chǔ)上，利用重組純合株系精細(xì)定位，獲得了一個控制粒重的顯性遺傳基因，命名為GLW2。并對候選基因進(jìn)行了初步的驗證分析。主要結(jié)果如下:
　　(1)在以IR24、明恢

2、63(M63)、蜀恢527(527R)為輪回親本構(gòu)建的BC4F2群體中，獲得了不同背景下的近等基因系(NILs)。利用NILs對GLW2的效應(yīng)進(jìn)行了評估，結(jié)果顯示GLW2在不同背景下粒長增加21％-32％、粒寬增加22％-27％，以致千粒重增加27％-53％。同時穗粒數(shù)也在一定程度上增加，使得單株產(chǎn)量增加15％-26％。這些數(shù)據(jù)表明GLW2基因主要通過增加粒長和粒寬，從而增加千粒重，最終提高單株產(chǎn)量。
　　(2)對NILIR24和

3、IR24的穎殼進(jìn)行石蠟切片觀察和電子顯微鏡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)穎殼外表層細(xì)胞總數(shù)增加了9.4％，但單位面積細(xì)胞個數(shù)約減少了41.2％。細(xì)胞測量顯示NILIR24相對于IR24細(xì)胞長度約增加了59.8％，細(xì)胞寬度約增加了30.4％。以上數(shù)據(jù)表明，GLW2主要通過增大細(xì)胞體積，同時增加細(xì)胞數(shù)目，從而增加粒重。
　　(3)利用IR24/307R BC3F2群體中2500株小粒單株將GLW2定位在標(biāo)記H2和標(biāo)記Z4之間，物理范圍約160Kb。對

4、其中8株重組純合單株進(jìn)行標(biāo)記加密，進(jìn)一步將GLW2定位在標(biāo)記M2與標(biāo)記M8之間，物理范圍約15Kb。
　　(4)水稻基因組注釋顯示，基因定位區(qū)間僅包含一個基因LOC_Os02g47280。對該基因編碼區(qū)進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)大粒材料307R與日本晴序列存在4個SNP位點(diǎn)，其中只有一個差異位點(diǎn)(TC→AA)在307R與IR24、M63和527R間有差異，推測另外3個變異為粳秈差異，而（TC→AA）可能為導(dǎo)致大小粒的關(guān)鍵變異。
　　(5

5、)對育種資源圃中收集的其他18份材料進(jìn)行平行測序，結(jié)果顯示3份大粒材料均與近等基因系一致，為AA基因型，而15份小粒材料表現(xiàn)為TC基因型，進(jìn)一步驗證了該候選基因的正確性。
　　(6)利用qRT-PCR對候選基因進(jìn)行表達(dá)模式分析，結(jié)果顯示:候選基因在多個組織中均有表達(dá)，但在植株穗部優(yōu)勢表達(dá)。對比分析顯示，該基因在大粒材料307R和日本晴的穗部的表達(dá)存在很大差異，在日本晴基因穗部的表達(dá)隨著穗發(fā)育的時間逐步降低，而在307R中基因在穗部