【摘 要】
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水稻株型是决定水稻产量的重要因素之一,通过塑造水稻理想株型才能实现水稻产量进一步提升。IPA1是之前克隆的调控水稻理想株型的主效基因,ipa1-2D作为其自然等位,提高了其表达量。IPA1已被证实参与水稻株高、茎粗、分蘖、穗型的调控,其下游调控网络研究有所发展,但还不够完善。为了进一步解析ipa1-2D对于水稻株型等性状的调控,探究ipa1-2D对于水稻株型调控的下游分子网络,本文以ipa1-2D
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金（编号:31600990）； 国家自然科学基金面上项目（编号:32072037）； 江苏省高等学校自然科学研究重大项目（编号:20KJA210002）；
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水稻株型是决定水稻产量的重要因素之一,通过塑造水稻理想株型才能实现水稻产量进一步提升。IPA1是之前克隆的调控水稻理想株型的主效基因,ipa1-2D作为其自然等位,提高了其表达量。IPA1已被证实参与水稻株高、茎粗、分蘖、穗型的调控,其下游调控网络研究有所发展,但还不够完善。为了进一步解析ipa1-2D对于水稻株型等性状的调控,探究ipa1-2D对于水稻株型调控的下游分子网络,本文以ipa1-2D作为研究对象,围绕其对株型相关性状调控效应进行验证,并进行关键下游响应基因寻找和功能验证研究,完善ipa1-2D株型调控网络。目前研究成果如下:（1）前期通过粳稻品种日本晴（Nipponbare,NIP）和籼稻品种YYP1杂交得到F2分离群体,通过QTL定位发现8号染色体存在一个对多种株型性状产生影响的位点。随后通过连续多代自交,构建了残余杂合单株衍生的分离群体,对该群体多个株型性状连锁分析发现茎粗、穗一次枝梗、剑叶宽在ipa1-2D分离基因型之间具有显著差异,表明ipa1-2D可能是多个株型性状的调控位点;利用不同世代的自交重组单株,我们将该调控区间逐渐缩小,明确了ipa1-2D对相关性状的调控效应。（2）为了进一步明确ipa1-2D对多种株型性状调控效应,我们对籼稻品种YYP1的ipa1-2D位点进行基因敲除,获得了一系列不同类型突变体,对不同株系开展了株型性状调查,发现ipa1-2D位点敲除后对应植株茎粗、穗一次枝梗数、剑叶宽都大幅度降低,剑叶长和穗长也有所下降。证明ipa1-2D参与多个株型性状调控,且位于相关调控网络上游。（3）利用实验室前期构建的IPA1不同拷贝数和RNAi材料,我们进一步比较了不同株系的株型性状变化,发现茎粗、穗一次枝梗数随着IPA1表达量上升而递增。而穗二次枝梗数、株高、剑叶长、剑叶宽随着IPA1表达量上升表现为先上升后下降的变化趋势。穗长、倒二叶宽和倒二叶长在不同拷贝数植株中没有明显的剂量变化特征,但在RNAi株系明显降低。上述结果说明IPA1在多种株型性状调控中存在剂量效应。（4）通过对IPA1不同拷贝数材料转录组数据分析发现860个基因表达存在差异,根据表达变化趋势以及公共数据库表达模式差异挑选了 8个可能的IPA1下游基因。通过qRT-PCR对下游基因在24个不同类型组织以及NIL-IPA1和NIL-ipa1-2D近等基因系连续幼穗发育组织进行表达模式分析发现,8个基因都具有时空表达特异性,在近等基因系间表达也具有差异,证明相关基因响应ipa1-2D调控。（5）根据八个基因的注释,我们采用了双基因组合模式（IAA/PIN、GRF/GH3、PP/F-BOX、SPL/ZF-HD）对八个基因开展了序列突变功能验证,转化的背景材料为包含ipa1-2D不同等位的近等基因系材料,用于进一步验证相关基因与ipa1-2D的互作。测序分析及CAPS标记鉴定显示成功构建了8个基因的两两敲除材料;此外,我们还构建了IAA和GRF基因的超表达转基因株系,qRT-PCR分析相关单株发现了表达明显上调的单株,证明我们成功构建超表达材料。（6）对T0和T1代转基因材料的剑叶长、剑叶宽、穗长、穗一次枝梗数和二次枝梗数表型测量分析。通过比较不同背景的基因组合敲除株系,发现其中存在表型明显偏离野生型数值的单株,暗示相关基因突变对表型有影响。然而对不同株系进行平行比较,我们没有发现统一变化规律。对株系内部分极端分离单株进行测序验证发现突变型不能解释所有表型变化,有待后续进行更为细致的解析。相比野生型,IAA过表达有增加叶部和穗部性状的趋势,而GRF过表达有降低相关性状的趋势。综上,我们初步获得了不同转基因株系的表型变化特征,为后续开展进一步功能研究提供了参考。
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