水稻抗倒伏相关基因LR的克隆和应用研究

适当增加株高以提高植株生物学总量而实现水稻产量的突破是当前水稻超高产育种的方向，但增加株高将会带来倒伏的危险，因而探索植株矮化以外的抗倒伏就成为水稻生产的迫切需求。本研究以新发现的易倒伏水稻突变lr (lodging rice, lr )为材料，通过图位克隆的手段分离该基因，阐述LR基因在维持水稻茎秆物理支撑中的作用；结合不同品种的基因序列和抗倒性的关联分析，明确抗倒性强的种质资源及其基因结构；利用分子标记辅助技术或基因工程手段创制抗倒伏的水稻新材料，为抗倒伏的超高产水稻育种及理想株型的塑造奠定基础。

通过筛选经EMS诱变处理的突变体库，获得了一容易倒伏、不抗折断的水稻突变体lr ( lodging rice, lr )。结果表明lr的抗倒伏能力明显下降，其茎秆抗机械拉力只有野生型的30％左右，茎秆和叶片的组织切片分析表明lr的厚壁细胞层数明显减少，这可能是lr突变体不抗倒伏的在组织结构上的原因。LR基因还调控水稻植株的生长发育，如抽穗、株高、二次枝梗分化等。经典遗传分析表明lr受隐性单基因控制，不同于业已发现的bc1，bc3，bc10，bc11，bc12脆秆突变体。图位克隆表明LR（LOC_Os09g25490，Os09g0422500）编码纤维素合酶，其第5外显子的一核苷酸（G→A）的突变引起编码氨基酸脯氨酸到亮氨酸的改变，继而导致lr不抗倒伏的表型。RT-PCR分析发现LR基因具有组织表达特异性，以小穗的表达峰度最大，而叶、茎、根和叶鞘中也有LR基因的表达，但它们的表达水平相对较低。借助业已建立的高效水稻分子育种平台及发展的LR基因标记，开展了水稻抗倒伏分子育种，获得了部分茎秆粗壮的抗倒伏新材料15份。