控制水稻金黄色颖壳与节间基因OsCAD2的图位克隆

发布时间：2019-07-17 15:33

【摘要】：【目的】水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在水稻育种、农副产品改良等方面运用比较广泛。对水稻色素相关基因进行表型分析和基因定位,为进一步研究色素代谢途径及调控机理奠定基础。【方法】利用EMS诱变粳稻长粒粳(CLJ),在突变体库内筛选到一个金黄色颖壳与节间突变体gh881;在成熟期,测定野生型与gh881的主要农艺性状;将gh881与野生型及中恢8015杂交,观察BC1F1及F1植株表型,并对BC1F2及F2表型分离进行卡方检验,对gh881进行遗传分析;利用F2群体和图位克隆的方法对gh881突变基因进行定位;采用q PCR检测颖壳颜色相关基因在gh881与野生型不同发育时期的幼穗、节间以及剑叶叶鞘的相对表达量。【结果】与野生型相比,突变体的颖壳与节间均呈金黄色;除单株有效穗数外,gh881突变体的株高、每穗总粒数及实粒数、结实率和千粒重等性状均极显著降低。遗传分析和基因定位结果表明,gh881的突变表型受1对隐性核基因控制,位于第2染色体短臂,并最终将该基因精细定位于标记FH-13和RH-25之间,物理距离约33.2 kb,该区域中包含4个开放阅读框(ORFs)。【结论】序列分析结果表明,发现其中一个编码肉桂醇脱氢酶(CAD)的基因OsC AD2(Os02g0187800)的3 563 bp处发生了1个单碱基突变(G转换为A),导致该基因编码区的第297位氨基酸由甘氨酸突变为天冬氨酸,由此认为该突变体为OsC AD2基因单碱基突变的新等位基因。q RT-PCR结果表明,突变体的节间中OsCAD2相对表达量极显著下调,而在剑叶叶鞘及穗部则基本都是极显著增加,其他相关基因也发生显著变化,证实OsCAD2是木质素代谢中的重要基因,且可能与其他相关基因存在反馈调节。
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图片说明： 468中国水稻科学(ChinJRiceSci)第31卷第5期(2017年9月)因包括：OsMYB48、Os4CL、OsCHI[4]、OsCAD2[6]和OsPAL4[15]。2结果与分析2.1突变体gh881表型特征成熟期，野生型长粒粳的谷粒颖壳为正常的淡黄色，节间也表现为正常的浅绿色；但突变体gh881的谷粒颖壳与节间均呈现金黄色(图1)。在主要农艺性状方面，除单株有效穗数与野生型没有显著差异外，突变体gh881株高、结实率、每穗总粒数、每穗实粒数和千粒重等主要农艺性状均极显著降低(表2)，可能由于突变体内颖壳和节间颜色变化导致其正常的光合作用受到影响，从而影响了正常的生长发育和产量形成。2.2突变体gh881表型发育进程分析参照程式华等[20]水稻稻穗分化发育各期形态特征的鉴别方法，分别观察野生型和gh881突变体抽穗前15d(S1)、抽穗前7d(S2)、抽穗前3d左右(S3)以及始穗期(S4)和开花当日(S5)五个时期的小穗、节间以及剑叶叶鞘的颜色变化情况(图2)。结果发现，野生型穗部颜色变化正常，从S1到S5期，A，B，C，D分别为野生型(WT)与gh881突变体成熟期的穗部和节间表型。A，B，CandDrepresentthephenotypeofpanicle/grainandinternodeofgh881anditswildtype(WT)atmaturitystage,respectively.图1突变体gh881的表型分析Fig.1.Phenotypeanalysisofmutantgh881.表2野生型与gh881的主要农艺性状比较(平均值±标准差,n=10)Table2.Comparisonofmainagronomictraitsbetweengh881anditswildtype(WT)(Mean±SD,n=10).性状TraitWTgh881P株高Plantheight/cm74.75±0.9672.80±1.62**P<0.01单株有效穗数No.ofpaniclesperplant11.20±1.6912.40±1.43P=0.07每穗总粒数No.ofspikeletsperpanicle132.31±6.19104.03±8.08**P<0.01每穗实粒数No.ofgrainsperpanicle117.46±4.946
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图片说明： 468中国水稻科学(ChinJRiceSci)第31卷第5期(2017年9月)因包括：OsMYB48、Os4CL、OsCHI[4]、OsCAD2[6]和OsPAL4[15]。2结果与分析2.1突变体gh881表型特征成熟期，野生型长粒粳的谷粒颖壳为正常的淡黄色，节间也表现为正常的浅绿色；但突变体gh881的谷粒颖壳与节间均呈现金黄色(图1)。在主要农艺性状方面，除单株有效穗数与野生型没有显著差异外，突变体gh881株高、结实率、每穗总粒数、每穗实粒数和千粒重等主要农艺性状均极显著降低(表2)，可能由于突变体内颖壳和节间颜色变化导致其正常的光合作用受到影响，从而影响了正常的生长发育和产量形成。2.2突变体gh881表型发育进程分析参照程式华等[20]水稻稻穗分化发育各期形态特征的鉴别方法，分别观察野生型和gh881突变体抽穗前15d(S1)、抽穗前7d(S2)、抽穗前3d左右(S3)以及始穗期(S4)和开花当日(S5)五个时期的小穗、节间以及剑叶叶鞘的颜色变化情况(图2)。结果发现，野生型穗部颜色变化正常，从S1到S5期，A，B，C，D分别为野生型(WT)与gh881突变体成熟期的穗部和节间表型。A，B，，CandDrepresentthephenotypeofpanicle/grainandinternodeofgh881anditswildtype(WT)atmaturitystage,respectively.图1突变体gh881的表型分析Fig.1.Phenotypeanalysisofmutantgh881.表2野生型与gh881的主要农艺性状比较(平均值±标准差,n=10)Table2.Comparisonofmainagronomictraitsbetweengh881anditswildtype(WT)(Mean±SD,n=10).性状TraitWTgh881P株高Plantheight/cm74.75±0.9672.80±1.62**P<0.01单株有效穗数No.ofpaniclesperplant11.20±1.6912.40±1.43P=0.07每穗总粒数No.ofspikeletsperpanicle132.31±6.19104.03±8.08**P<0.01每穗实粒数No.ofgrainsperpanicle117.46±4.946
【作者单位】：中国水稻研究所/浙江省超级稻研究重点实验室/水稻生物学国家重点实验室;
【基金】：国家863计划资助项目(2014AA10A603) 浙江省粮食新品种选育重大科技专项(2016C02050-1) 中国农业科学院基本科研业务费专项(Y2016PT34);中国农业科学院创新工程资助项目(CAAS-ASTIP-2013-CNRRI) 国家公益性农业科技研究专项(201403002)
【分类号】：S511

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