水稻D1基因新等位突变体的鉴定与功能分析

[目的]株高是作物重要的农艺性状,挖掘株高控制基因并解析其分子功能,可为作物高产育种提供更多有用的基因资源。[方法]利用EMS诱变水稻日本晴获得的矮化突变体d1-11为材料,进行表型和细胞学观察,通过图位克隆的方法鉴定d1-11基因并对基因表达、激素含量和抗旱性进行了分析。[结果]d1-11突变体表现出植株矮化、叶片变短变宽和籽粒形态变圆表型;d1-11突变体叶片中脉萎缩,大脉和小脉数量和面积减少,导致叶片形态变异。d1-11基因被定位到水稻5号染色体R5M15.2和R5M15.8两个分子标记之间;图位克隆结果表明d1-11突变体中D1基因第11外显子和内含子交界处单碱基替换导致基因功能缺失。D1基因在苗期各组织中表达量较高,从分蘖期开始表达量降低;外源脱落酸(ABA)处理24 h后诱导D1基因表达,外源赤霉素(GA)处理抑制D1基因表达,盐胁迫处理24h诱导D1基因剧烈上调表达。d1-11突变体植株GA、油菜素内酯(BR)和生长素(IAA)等激素含量均上升,叶片相对含水量上升、叶片失水速率降低,植株对干旱胁迫抗性显著增强。[结论]鉴定到水稻D1基因新等位突变d1-11,发现d1-11突变体多种内源激素水平上升、叶片含水量增加、植株对干旱胁迫抗性增强。本研究进一步丰富了水稻矮化基因资源并揭示D1基因新的生物学功能。

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性,进而影响产量和品质,是水稻育种中重要的选择性状之一,因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源,探讨株高形成的分子调控机制,我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS(甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定,从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下,全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型,成熟期仅76.66cm,与野生型的117.43cm相比,下降了34.72%,差异达极显著水平,进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现,纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化,横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加,纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外,sdb1的另一典型特征是籽粒变大,千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g,差异达极显著水平;颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%,致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大,从而提高了sdb1的粒重。此外,sdb1叶肉细胞层数增多,导致其光合色素含量极显著高于野生型,叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控,利用中花11/sdb1杂交组合的F2隐性植株,最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础,也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。

贵州地方粳稻‘黎平杂边禾’矮秆小粒突变体dss1鉴定与基因定位

本研究从贵州地方粳稻(Oryza sativa ssp.japonica)品种‘黎平杂边禾’甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中筛选获得一份能稳定遗传的矮秆小粒突变体,暂命名为dss1(dwarf and small seed 1)。与野生型相比,dss1表现为植株矮化、株型直立、叶色深绿、籽粒变小、第二节间严重缩短、穗长增加等典型油菜素内酯(BR)缺陷突变体的性状。显微观察结果表明dss1叶鞘表皮细胞的长度变短,可能是突变体第二叶鞘长度比野生型短的原因。对突变体的暗形态建成与BR敏感性研究表明,黑暗条件下突变体表现为去黄化表型,对外源BR敏感。遗传特性分析证明dss1突变体由一个隐性单基因位点控制。利用Mut Map技术将dss1基因定位于3号染色体上,筛选获得一个候选基因,测序结果表明,dss1候选基因为BR合成途径关键酶基因Os DWARF,dss1是由于该基因第5个外显子上第335位的氨基酸由苏氨酸(ACT)突变为异亮氨酸(ATT)所引起的。定位得到的矮化小粒基因DSS1为一个新的Os DWARF等位基因。

水稻强优势恢复系9311粒重的诱变改良

通过EMS诱变恢复系9311种子筛选到了大粒突变体M316。M316整精米的粒长由原来的6.9mm增加到8.0mm,增幅达15.9%,千粒重由原来31g提高到35.6g,增幅达14.8%,但着粒密度明显变稀,由原来的6.77粒/cm减少到5.61粒/cm,减幅达17.1%,因此单株产量比原品种减产8.7%。并通过M2、M3、M4代该性状分离表现,初步推测该突变为隐性突变。有趣的是,该突变体与培矮64s、粤泰A、广占63s分别配制的F1,与原来组合两优培九、粤优938、丰两优1号相比,不仅千粒重有明显增加,穗长和每穗颖花数有不同程度提高,而着粒密度和其它主要性状未发生劣变,因而单株产量有不同程度提高。说明该突变体在粒重增加的同时,配合力得到显著改良。

BnGID1基因过量表达对甘蓝型油菜矮化突变体NDF-1株高的恢复

在正常株高油菜中克隆了与拟南芥矮化突变相关基因AtGID1同源的BnGID1基因全长cDNA目的片段,将其正向插入表达载体pFGC5941上的CaMV35S启动子下游,构成该基因过量表达载体pFGC5941-BnGID1.经根癌农杆菌介导,导入甘蓝型油菜矮化突变体NDF-1基因组,通过PCR及半定量RT-PCR检测,确定得到抗性转基因植株23株.移至大田生长,观察结果显示,转基因植株明显高于对照矮化突变体NDF-1,平均高出49.05cm.结果表明,BnGID1基因过量表达能够使甘蓝型油菜矮化突变体NDF-1株高得到较大程度的恢复.