论文部分内容阅读
水稻(Oryza sativa L.)作为全球最重要的粮食作物之一,随着耕地的减少和人口的增长,提高其产量对于解决未来粮食安全问题具有十分重要的战略意义。水稻粒形(包括粒长、粒宽、长宽比与粒厚)是稻米最重要的外观品质指标之一,影响稻米的产量和加工品质。粒形是受多基因控制的复杂数量性状,目前大部分对于粒形的研究仅局限于利用初级定位群体进行QTL分析。本研究利用具有粳稻(宽粒)品种Asominori遗传背景、籼稻(窄粒)品种IR24供体片段的染色体片段置换系材料CSSL28(窄粒)与背景亲本Asominori回交构建F2次级分离群体,并以水稻谷粒和糙米的粒宽、粒长和长宽比为研究对象,进行遗传分析、初步定位和单基因分离。最终我们精细定位与克隆了控制水稻粒宽、长宽比和千粒重的QTL GW5,并进行了GW5的初步功能分析,同时还比较了目标置换系CSSL28与背景亲本Aosminori在产量性状及其水稻颖壳细胞形态学等相关性状的差异。主要结果如下：Asominori与CSSL28的粒形差异显著(P<0.01),其中CSSL28稻谷的粒宽与长宽比分别为Asominori的83.6%与126.6%,糙米分别为91.6%与123.7%,而其他农艺性状(如株高、株形和穗形等)无显著性差异；在产量相关性状,置换系CSSL28与背景亲本Asominori的分蘖数、结实率无显著性差异,而CSSL28的单株粒重、单穗粒重和千粒重显著低于Asominori (P<0.01)。颖壳细胞形态学分析表明,CSSL28与Asominori之间粒宽的差异是由其颖壳外围薄壁细胞数目的差别引起,并且CSSL28籽粒果柄横切面的维管束面积明显低于Asominori; Asominori开花后5-20天的灌浆速率高于CSSL28,同时前者垩白性状指标在籽粒成熟后偏高；另外,加工品质分析表明,Asominori的糙米率(P<0.01)与精米率(P<0.05)显著高于CSSL28。利用CSSL28与背景亲本Asominori回交构建F2次级群体,将控制水稻粒宽和长宽比的QTL分解为单基因GW5,宽粒表型受单隐性核基因控制；水稻籽粒表型和分子标记分析表明,由于F2群体粒形性状受籼粳杂种部分不育位点S31(t)影响,窄粒单株／宽粒单株比例偏离3：1分离；我们利用包含2,180个宽粒单株的F2次级群体和自行设计的SSR、CAPS与InDel标记,将GW5最终定位在第5染色体短臂位于标记Cw5与Cw6之间的一个交换重组热点区域,距两标记的物理距离分别为10kb和11kb左右,且标记Indel1、Indel2与GW5共分离。21kb范围序列与转录本分析表明,ORFl与ORF3在两亲本中核苷酸和转录水平未发生明显的变化,而宽粒材料Asomincri相对于窄粒材料CSSL28和IR24主要存在1.2kb基因组片段的缺失,通过软件预测发现该缺失区域内存在开放阅读框ORF2,我们把该ORF定为GW5的候选基因。同时,对46个栽培品种和12个野生稻资源的该区段序列分析发现,宽粒材料1.2kb基因组片段均缺失,而野生稻和窄粒品种则含有这一区段,据此推测该缺失区域内的ORF2是GW5的候选基因,且GW5可能与水稻的驯化相关。RT-PCR分析表明,GW5基因仅在窄粒的材料中表达；亚细胞定位与酵母双杂交结果显示,GW5定位于细胞核中并可能参与蛋白的泛素降解途径；然而,利用2.5kb包含ORF2的基因组和过量表达ORF2并未使转基因的Asomincri籽粒变窄,该结果表明通过预测得到的ORF2并不完整；我们通过RACE并结合Southern blot技术获得了部分GW5的cDNA。