水稻抽穗期基因dth6与lfi1的图位克隆及功能分析

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dolan525
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自然界中的植物为了适应不同的纬度、海拔以及不同的种植环境,产生各自独特的开花机制进行繁衍生息。在长期的驯化中,熟期适中、稳产性好的水稻品种更容易在生产被保留。决定水稻品种抽穗期的因素主要有基本营养生长性、感光性和感温性。不同的基本营养生长性、感光性和感温性的组合,使得不同的水稻品种呈现了抽穗期的多样性和不同的地理分布特点。这一方面为育种工作者提供了丰富的资源;另一方面也使得抽穗期的研究工作变得异常复杂。水稻抽穗期表型呈现典型的数量性状(QTL)遗传特征,发掘和鉴定水稻抽穗期基因/QTLs,开展抽穗期基因精细定位、克隆等方面的研究对于完善水稻抽穗期基因的调控网络,阐明水稻开花的分子机理,指导生产选育具有重要的理论和实践意义。本研究分别对染色体片段置换系和突变体材料开展抽穗期相关基因的定位,主要包括以下结果:1.水稻抽穗期QTL位点dth6的图位克隆本实验前期利用籼稻品种IR24和粳稻品种Asominori的重组自交系(RILs)群体,检測到了一个抽穗期QTL(dth6),位于第6染色体。为了验证dth6的效应,我们从Asominori为背景亲本,IR24为供体亲本的染色体片段置换系(CSSL)群体中筛选出CSSL30家系,该家系在dth6位点含有供体亲本IR24的片段,且长日照条件下与Asominori相比抽穗期显著提前。对CSSL30×Asominori F2群体在南京长日照条件下进行抽穗期的调查,验证dth6位点对于抽穗期的确存在效应,LOD值为22.88,贡献率为27.8%。不同于长日照条件下CSSL30提前抽穗的表现,在自然短日照条件下,CSSL30相比于Asominori则延迟抽穗,这说明dth6位点具有较强的感光性。随后,我们从长日照条件下种植的CSSL30×Asominori F2群体中鉴定出dth6位点基因型重组的单株,分别调查F2重组单株在LD条件下的表型及其自交后代F2:3家系在SD条件下的表型,结合基因型和表型数据将dth6限定在标记XLF18和XLF2之间的480kb以内。由于该定位区间含有一个主效抽穗期基因Hd1,所以我们对CSSL30和Asominori的Hd1位点进行了克隆和测序。BLAST对后发现Hd1基因在两个亲本间存在4处序列差异,导致在B-box和CCT结构域上均存在氨基酸序列的差异。无论长短日照下,Hd1基因的表达量在CSSL30中都显著下降;这与CSSL30在长日照下提前,短日照下延迟的表型相吻合。新的Hd1等位基因的发掘为进一步揭示Hd1的功能奠定了基础。2.水稻晚开花突变体lft1的鉴定与基因克隆我们从日本晴T-DNA插入突变体库中筛选得到了一个长日照条件下稳定晚开花的突变体lft1。通过农艺性状调查和遗传分析,相比于野生型Nipponbare,突变体lft1在长日照条件下晚抽穗20天左右,且千粒重等农艺性状也有明显变化。通过对lft1/Nipponbare的F2分离群体分析发现,晚抽穗性状由一对隐性基因控制,且并非由于T-DNA插入引起。相对于Nipponbare/9311 F2群体,在lft1/9311的F2群体中出现了极端晚抽穗的个体,从中选取了 58株极端个体用于基因的初定位。利用lft1和9311之间的多态性分子标记对极端晚抽穗个体进行了基因型鉴定,将基因限定在第9染色体短臂上,分子标记RM219与RM3912之间,一个长度为2.94Mb的范围内。在进一步开发标记的过程中,我们发现分子标记SJ9-32能够在日本晴和9311中实现扩增,但是在lft1及其后代的极端个体中均不能有效扩增。通过设计标记我们最终验证了lft1存在一大区段的缺失,该缺失区段覆盖了SDG724基因。通过将lft1与已报道的SDG724基因突变体lvp1杂交进行等位性测验后发现,lft1是SDG724基因的等位突变体,由于SDG724基因的缺失导致抽穗期延迟。qRT-PCR结果表明,SDG724可以调节OsMADS51和RFT1的表达水平。通过调控SDG724基因的表达水平可调节水稻开花期,这将在生产上具有重要的意义。
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