水稻半矮杆基因sd-k的图位克隆和功能分析

Plant height is one of the most important agronomic traits of rice. Over-high plant height will cause plant lodging and yield reduction while appropriate dwarfing can increase lodging resistance without the penalty of yield. Thus it is very important to discover new germplasm and identify new dwarf gene. A semi-dwarf mutant was found from spontanous mutation of indica cv. Kasalath and its causive gene was identified non-allelic with sd-1 and named as sd-k. Based on a previously fine-mapping of sd-k, the objectives of this proposal is 1)to identify and functional characterize the sd-k candidate gene by TEM, GC-MS, HPLC, transgenic experiments, yeast two hybrid, interaction analysis etc；2) to reveal the interaction of SD-K protein and other factors involved in plant height regulation. The program will provide a solid footprint to understand molecular mechanism of plant height for constructing ideal plant architecture in rice.

株高是水稻重要的农艺性状之一，株高过高容易引起植株倒伏产量减产，适当矮化则可达到抗倒、增产的目的。水稻矮生性的研究有助于增加矮源利用的多样性，避免矮秆品种遗传的单一性，为水稻育种实现新的产量突破创造条件。因此对新矮源的发掘、矮生基因的研究和利用有着十分重要的理论和实践意义。水稻半矮秆突变体sd-k由籼稻kasalath自然突变而来，与sd-1 与其它已知半矮杆基因均不等位。本申请拟在过去精细定位sd-k的工作基础上，进一步克隆SD-K基因，通过电镜、GC-MS、HPLC、转基因、酵母双杂交、互作分析等对该基因的功能进行深入的研究，以期揭示SD-K在水稻株高调控中的重要作用以及与其它蛋白的互作关系,解析SD-K的分子机理和其网络调控机制，为培育理想株型水稻提供基因资源和奠定理论基础。

株高是水稻的重要农艺性状，决定了水稻的抗倒伏能力、理想株型和产量。鉴定挖掘并有效利用矮秆新资源，深入研究调控引起水稻矮秆的分子机制，将有助于加快水稻高产育种进程，为分子设计育种改良水稻株型提供理论指导。半矮秆突变体sd-k由于其基因靠近着丝粒，定位该基因还需要其他策略。从突变体库中发现一个矮杆和花器官突变体dwarf and deformed panicle 1(ddp1)。通过图位克隆的方法鉴定了一个影响水稻株高和花器官发育的基因。ddp1植株明显的矮化，抽穗期延迟，叶片部分失绿，光合色素含量降低，小穗处有大量的ROS积累，苗期ddp1根长芽长变短。ddp1穗长变短，外稃和内稃有一定程度的弯曲变形且长宽明显小于野生型，扫描电镜发现ddp1颖壳表面凸起状结构松散且不规则，半薄切片观察到颖壳外稃内稃交接处断裂且内稃畸形皱缩。与野生型相比，ddp1突变体花药变小颜色变淡且花粉育性降低，花药表面蜡质结构不规则。图位克隆表明DDP1是脂肪酸从头合成的一个关键酶，在繁殖器官表达较高。ddp1的脂肪酸含量显著低于野生型，脂肪酸组成也发生改变，其中不饱和脂肪酸显著减低。. 以水稻组培过程产生的小粒矮秆突变体small grain and dwarf 2（sgd2）为研究材料，对sgd2的表型进行了鉴定，通过图位克隆分离到一个影响水稻生长发育的关键因子SGD2，功能注释为HD-Zip II类转录因子家族成员HOX3，并对该基因进行了深入研究，揭示了引起sgd2生长发育缺陷的分子机制。.通过对来自于粳稻品种Kitaake组织培养的宽粒矮杆突变体lg1-D（largegrain1-D）的图位克隆，发现了编码一个泛素特异性蛋白酶OsUBP15的编码基因参与了株高粒型的形成。. 受基金资助，该项目共发表9篇SCI文章，3篇核心期刊。其中一篇文章发表于在主流期刊Plant Physiology（2019）上。