水稻卷叶性状分子调控机理及育种应用研究

叶片是植物进行光合作用的主要场所。水稻叶片形态是水稻理想株型的重要组成部分，是超高产育种的一项重要形态指标。探明水稻卷叶形成的分子机理，不仅能使我们更多地了解水稻的叶发育和形态建成的机制，而且能利用已分离的调控基因通过分子设计育种技术改良植株株型。. 我们利用EMS诱变的方法获得了两个叶片极端卷曲突变体sll1、sll2，并完成了形态观察、突变性状遗传分析、基因等位性检测等。结果表明，它们分别由不同的单隐性基因控制；现已利用图位克隆方法完成了SLL1基因克隆及SLL2基因的染色体定位。拟通过本申请项目的实施，分离水稻叶片形态建成调控基因SLL2，并鉴定该基因在叶片形态建成分子调控机理；另外，通过构建sll1/sll2双突变体，研究分析叶片形态建成的基因调控网络；通过聚合不同的叶形调控基因，开展水稻分子设计育种利用研究，为种质创新、选育具理想株型的超级稻奠定基础。

水稻叶片的卷曲性状是水稻重要农艺性状之一，现在已引起植物生物学家和育种家的重大关注。叶片微卷直立有利于增加透光率、提高光和效率和提高产量。目前虽然已分离一些卷叶突变体并克隆到几个卷叶调控基因，但对叶片形态建成的调控机制还不够明确。我们利用2个分别来自EMS诱变和T-DNA插入获得的半卷叶等位突变体srl1-1和srl1-2，成功克隆了一个位于水稻第7号染色体上的短臂上半卷叶调控基因SRL1。GFP分析表明这个基因编码的蛋白定位于质膜上。借助激光显微切割的方法，切割出泡状细胞分化前突变体中最后可能分化成泡状细胞的表皮细胞以及野生型中对应位置的表皮细胞，提取RNA扩增后进行全基因组芯片分析。研究发现SRL1基因编码一个定位于细胞质膜的GPI锚定蛋白，影响氢离子ATP酶(亚基A, B, C和D)和氢离子焦磷酸化酶的表达，从而抑制叶片近轴面泡状细胞的生成，导致叶片向近轴面卷曲。. 项目能按计划要求执行，并圆满完成了计划任务。通过本项目的实施，完成了半卷叶调控基因SRL1的精细定位、候选基因测序和初步功能分析；项目组研究成员共发表研究论文10篇，其中SCI 收录论文4篇；申请具自主知识产权专利6项；通过与9311杂交、NPB回交，借助分子标记筛选获具半卷叶理想株型的优质材料8份。作为章节主编参与《水稻分子育种技术指南》编写。通过本项目的实施，研究结果为水稻叶片形态建成机制和通过叶形塑造具理想株型的超高产水稻分子设计育种提供了新思路和新材料。