籼粳交后代杂草稻棕色和红色果皮多样性形成的分子基础

杂草稻最引人注目的特征之一是籽粒具有红色的果皮,并且颜色由浅至深具有多样性。然而,迄今对杂草稻果皮颜色变异成因的研究却鲜有报道。本研究以籼粳交后代衍生的42份棕色和红色果皮杂草稻株系(F9)及其白色果皮亲本为研究材料,鉴定其基因型并与表型比对;同时对Rc-bHLH基因和DFR基因序列进行测序比较分析。研究结果表明:42份杂草稻株系果皮颜色呈不同程度的棕色和红色具有多样性,其基因型与表型鉴定结果完全吻合;Rc-bHLH基因比较分析发现,杂草稻株系与亲本在452 bp处发生G/A替换;669～682 bp处亲本缺失14 bp,而杂草稻株系无缺失;DFR基因序列比较分析发现,红色与棕色果皮杂草稻株系之间存在22个突变位点,其中在DFR基因的外显子上有8个突变位点;亲本与棕色果皮杂草稻株系的DFR基因相同;杂草稻株系的DFR基因遗传多态性分析,发现Tajima'D值呈极显著性,说明杂草稻株系中的DFR基因是中性进化基因,受自然选择作用。根据Rc-b HLH基因序列的聚类分析,类群1主要是由籼型和粳型栽培稻组成,类群2主要是由棕/红色果皮的杂草稻株系和野生稻组成,表明杂草稻株系与野生稻遗传关系较近。该研究揭示了籼粳交可能导致后代Rc和Rd基因发生重组或突变从而产生不同颜色果皮,为阐明杂草稻棕色和红色果皮变异的分子基础提供了新的范例。