水稻分蘖是影响水稻株型和产量的重要因素之一,该性状受多个遗传因子、内外源激素以及环境等多因素共同调控。进一步挖掘影响水稻分蘖的遗传因子,继而对植株的分蘖与成穗进行分子改良是水稻理想株型育种的重要研究方向。本研究通过EMS诱变得到2个分蘖能力受到显著抑制的突变体ts1和ts2,并结合图位克隆手段对影响上述2个突变体分蘖抑制性状的主基因ts1和ts2进行精细定位,利用生物信息学分析得到最可能的候选基因;我们还研究了含有理想株型基因ipa1的常规稻新品系在不同种植密度和植物生长调节剂多效唑作用下株型和产量性状的表现,对优异等位基因ipa1的育种潜力进行了分析。具体结果如下:1.相较野生型材料LY95,水稻分蘖抑制突变体ts1的茎蘖数受到显著抑制,在整个生育期ts1的茎蘖数最高仅为2.2±0.47个,而LY95能产生5.3±0.58个茎蘖。形态学和组织学研究表明ts1突变体分蘖抑制的原因可能是ts1突变体的分蘖芽结构形成异常。遗传分析表明,突变型基因ts1相对于野生型基因TS1其显性度为-0.79,这表明相对于来自五山丝苗的野生型基因TS1,影响突变体分蘖抑制性状的主基因ts1是1个部分隐性基因。2.利用混合集团分离分析(BSA)和隐性群体分析(RCA)方法,我们将主基因ts1锚定在水稻第2号染色体短臂近端粒1侧,其标记区间为ID8378-SSR6884,分子标记RM3340在精细定位群体中与ts1基因与共分离。通过NCBI-Blast在线工具,我们发现上述ts1所在的标记区间对应日本晴基因组中的物理位置为水稻第2号染色体短臂318,378bp-426,884bp,区间长约108.5 kb。3.通过水稻日本晴的可读框注释数据库MSU Rice Genome Annotation Project(http://rice.plantbiology.msu.edu/index.shtml),我们在第 2 号染色体短臂318,378 bp-426,884bp的物理区间内一共找到19个可读框(ORFs)。前人研究中均未见这19个可读框参与了水稻分蘖调控,因此,ts1是1个水稻分蘖性状的新调控因子。结合可读框的基因功能预测和物理位置的信息,对7个候选基因(LOC_Os02g0 1590、LOC_Os02g01610、LOC_Os02g0 1700、LOC_Os02g01710、LOC_Os02g01720、LOC_Os02g01730 和 LOC_Os02g01740)进行了 gDNA 测序。结果表明,相对于野生型LY95,ts1突变体仅在候选基因LOC_Os02g01610的唯一外显子第733位核苷酸处存在1个C→T的点突变,其他候选基因中野生型材料序列与突变型一致。基因表达分析表明,在ts1突变体的分蘖节(shoot apexes)中,候选基因LOC_Os02g01610的表达量相较野生型LY95相同部位显著下调了47.8%。综上,LOC_Os02g01610是ts1最可能的候选基因。此外,ts1突变体中MOC1与HTD1基因的表达量相较野生型材料LY95分别显著下调77.3%和31.4%,这暗示ts1基因很可能是通过MOC1和HTD1通路来调控水稻的分蘖。4.基于LOC_Os02g01610中突变型基因存在的c.+733C→T点突变,我们利用ARMS-PCR法设计了 1组共显性标记来特异性的识别这个位点的3种等位基因型(突变纯合型、杂合型及野生纯合型)。SNP分型结果表明,分子标记cd-733C/T在ts1/五山丝苗F2群体及其双亲、F1材料中特异性好,灵敏度高。用此标记对隐性群体所有重组子的分型结果进一步表明,点突变c.+733C/T与分蘖抑制表型共分离。在其他276份水稻骨干亲本和育种材料中,扩增子均表现出野生型基因型,这说明c.+733C/T点突变是1个很可能来自于EMS诱变的稀有等位变异。5.水稻分蘖抑制突变体ts2相较野生型材料LY95和ts1突变体表现出了不同的分蘖抑制表型。ts2突变体在直播后第53天之前保持单茎,此时野生型LY95已产生3.88±0.34个茎蘖,ts1已经产生1.73±0.70个茎蘖;此后is2突变体开始发生分蘖,但它与野生型材料间的茎蘖数差异仍能保持到直播第67天。到直播后第74天,ts2突变体拥有4.75±0.54个茎蘖,野生型LY95拥有4.88±0.63个茎蘖,二者之间不再具有显著性差异(p=0.76)。相比之下,ts1突变体与野生型材料的茎蘖数差异在整个生育期中一直相差显著。因此,ts2突变体与野生型材料LY95的茎蘖数差异主要体现在营养生长期直播67天以前,而ts1与野生型的茎蘖数差异体现于整个生育期。形态学和组织学研究表明ts2突变体在直播第53天前分蘖抑制的原因可能是ts2突变体的分蘖芽结构形成异常。对ts2突变体的遗传分析表明,ts2突变体的茎蘖数性状显性度为-0.53(53 DAS),这表明就茎蘖数性状而言ts2相对于五山丝苗是1个部分隐性突变体。6.利用混合集团分离分析(BSA)和隐性群体分析(RCA)方法,我们将影响ts2分蘖数变异的主基因ts2锚定在水稻第8号染色体短臂,其标记区间为SSR9192-SSR1856,ts 与分子标记ID5605-2紧密连锁。通过NCBI数据库,我们得到ts2基因所在的物理区间为水稻第8号染色体短臂3,839,192 bp-4,201,856 bp,长约182.7 kb。通过查询日本晴基因组的2个基因注释数据库:The MSU Rice Genome Annotation Project(http://rice.plantbiology.msu.edu/index.shtml)以及 The RiceGAAS(http://ricegaas.dna.affrc.go.jp),在 2 个数据库中我们分别发现 29 个、15个候选基因。综合候选基因的功能预测,紧密连锁的分子标记ID5605-2与ts2基因的重组率等信息,我们推断,LOC_Os08g07010和LOC_Os08g07060是ts2基因最可能的候选基因。7.田间实验表明,在每穴插3苗X喷施清水(D1P1)的处理下,导入了ipa1基因的常规稻新品系表现穗大但分蘖偏少的特点。相较D1P1处理,每穴插5苗×喷施多效唑(D2P2)的处理能显著改良导入了ipa1基因的常规稻新品系K1752、K1754、K1757及K1758的成穗能力,并增加其千粒重、理论产量和实际产量。双因素方差分析表明,在栽培因素种植密度和多效唑水平中,多效唑因素起主要作用。喷施多效唑分别能增加导入了ipa1基因的系列常规稻新品系的单穴穗数、千粒重和实际产量的16.95%、3.43%和17.20%。在D2P2措施下K1757、K1758的理论产量分别达到11.80、12.05 t/hm2,已经达到在D1P1条件下N301(12.01 t/hm2)和合丰占的理论产量水平(11.97 t/hm2)。上述实验数据表明K1757、K1758具有良好的育种利用潜力。