水稻顶部小穗退化造成穗粒数下降,严重影响单株产量。paa2是一个来自于Kitaake的组织培养突变体,表现为穗顶端一级枝梗和二级枝梗退化,并伴有株高降低、抽穗期延迟、穗粒数减少、千粒重降低的表型。为了定位并克隆突变的基因,我们构建了paa2与IRAT129遗传作图群体,最终将PAA2定位到2号染色体长臂端一个49.7 Kb的区间内。在候选基因ORF4的启动子区检测到了一个片段插入,造成了该基因的过量表达。通过转基因验证,最终确定该基因为目的基因。具体结果如下:1、paa2是来源于组织培养的顶部小穗退化突变体,背景品种为Kitaake。在幼穗发育早期,野生型和突变体在稻穗形态上没有明显差异,突变体顶部小穗发育到一定阶段,发育停滞,小穗较小,并且不转绿,不能授粉、灌浆,最后脱落。突变体底部小穗可以正常转绿,但籽粒相比于野生型较小,不饱满。paa2不仅出现顶部小穗退化,还具有多效的表型,比如,株高下降、千粒重降低、抽穗期推迟等。用paa2与穗发育正常的粳稻品种IRAT129杂交,构建了遗传作图群体。F1单株穗顶部退化,表示该性状为显性性状。2、利用F2群体1548个穗发育正常单株,可以将paa2定位于2号染色体长臂端49.7 Kb区间内。该区间共有四个开放阅读框(ORF),测序发现在ORF4起始密码子上游1 Kb位置有片段插入,导致了突变体ORF4基因的表达量升高。转基因验证结果表明,在野生型中过表达ORF4,可以模拟出现穗顶部退化的表型。因此确定ORF4为目的基因PAA2,过表达该基因造成了paa2顶部小穗的退化。3、PAA2属于NPF家族。进化分析表明,拟南芥中与PAA2同源性最高的两个基因均为硝酸盐转运蛋白。我们的实验发现,PAA2为组成型表达。野生型和突变体之间在幼穗和籽粒的游离氨基酸含量无差异。对幼苗全氮含量测定表明,尽管paa2和野生型在地下部组织中无差异,在地上部分差异明显,突变体paa2植株氮素分布失常。但是,它们与产生顶部穗退化表型的关系仍有待于进一步的研究。