基于CSSSLs的水稻粒形QTL qGS7-2的图位克隆和功能分析

水稻的粒形既是评价稻米外观品质的重要指标，也是影响水稻产量的重要因素之一。水稻粒形由数量性状位点（QTLs）控制，其遗传机理较为复杂且易受环境因素的影响，因而粒形性状相关基因的精细定位和克隆较为困难。染色体片段代换系和近等基因系是精细定位和克隆数量性状基因的重要基础。本研究组在前期工作中构建了4个水稻单片段代换系群体；利用这些群体开展了水稻粒形QTLs定位研究，其中粒形QTL qGS7-2 被定为在水稻第7染色体的一个 62kb区间内。 本项目拟在此基础上，利用图位克隆的方法克隆水稻粒形QTL qGS7-2；利用RNAi以及过量表达等技术研究其功能；结合RT-PCR、Real-time PCR和GUS染色等手段研究qGS7-2对粒形调控的分子机理；通过序列测定明确qGS7-2在推广品种中的分布及等位变异；明确qGS7-2对稻米品质和产量的影响，探索建立水稻粒形性状分子改良的途径与方法。

摘要：本研究利用119个染色体单片段代换系群体对水稻粒形相关QTL进行定位，并通过图位克隆的方法克隆水稻粒形主效QTL qGS7-2，并开展这个基因的功能基因组学研究，为利用分子生物学技术改良水稻粒形，培育高产优质水稻品种奠定基础。取得的主要结果如下：.1、利用119个染色体单片段代换系群体为材料，通过单因素方差分析和Dunnett’s 多重比较。以P≤0.001为阈值，共检测到年度间稳定遗传的粒形相关QTL 39个。其中，粒长相关的19 个，加性效应百分率为2.40%~14.13%；粒宽相关的14个，加性效应百分率为2.71%~9.15%；粒厚相关的6个，加性效应百分率为2.14%~4.46%。.同时检测到的千粒重相关QTL 19 个。其中，10个QTL 的加性效应表现为增效作用，加性效应百分率的变化为2.00%~11.05%；9 个QTL 加性效应表现为减效，加性效应百分率的变化为2.40%~9.48%。.2、qGS7-2 是年度间稳定遗传的粒形主效QTL，在前期的研究中qGS7-2被定位在第7染色体62-kb的物理距离内，在这个区间范围内共有4个候选基因。通过对其测序比对分析，Os07g39740在长粒和短粒单株间没有核苷酸水平的变异，但Os07g39750，Os07g39780，Os07g39800在长粒和短粒亲本间均有核苷酸水平的变异，且均造成氨基酸序列的改变。.3、分别构建了3个候选基因的过量表达和RNAi载体，通过农杆菌介导的方法，获得了不同候选基因的转基因株系。性状调查发现Os07g39800的RNAi转基因植株株高显著降低、粒形显著变小，而其他两个候选基因的转基因株系未发现明显表型变异。因此，把Os07g39800确定为目标基因，该基因编码1个HOTR转录抑制子。 .4、为了研究qGS7-2表达的时空特异性，分别提取了日本晴苗期幼叶、抽穗期不同组织的mRNA，用于real-timePCR分析。结果表明，qGS7-2为组成型表达，在这些组织中均有表达，但在茎中表达量最高，种子中表达量最低。.5、为了检测qGS7-2蛋白的亚细胞定位，构建了qGS7-2蛋白和GFP蛋白融合的载体，将它们置于35S启动子之下，利用水稻原生质体观察qGS7-2-GFP融合蛋白的瞬间表达。结果表面该融合蛋白在细胞核和细胞膜上均有分布。