早籼稻Hd1感光基因感光性丧失的遗传学基础

Hd1 is one of the key genes in the regulation of photoperiod response and heading date in rice. Losing photoperiod sensitivity of functional Hd1 alleles provides an important adaption for rice varieties that require early maturing under the long-day conditions. We have previously found that a strong functional allele possessed by early indica rice variety Zhenshan 97 changed its photoperiod response depending on the genetic background. This proposal intends to investigate the molecular and genetic basis underlying the elimination of photoperiod response of the functional alleles carried by early indica rice varieties. Near isogenic lines (NILs) differing at gene loci for circadian clock and phytochrome that may affect the day-length recognization in the Hd1-regulation pathway will be constructed in the Zhenshan 97 background. Sequences in the coding regions and promoter regions, as well as the expression levels, will be compared between photoperiod sensitive and insensitive NILs. Influence of these variations on the yield traits and photosynthesis-related traits will also be analyzed. Commercial inbred varieties and parental lines of hybrid rice grown in the early season and single season rice cropping regions in Southern China will be tested for haplotypes regarding Hd1 gene, circadian clock genes and phytochrome genes targeted in the this study. Results are expected to provide new knowledge for the regulation network of photoperiod response and heading date in rice and facilitate the utilization of a diverse germplasm for the breeding of early indica rice.

Hd1是控制水稻感光性和抽穗期的一个核心基因。Hd1感光基因感光作用的丧失，是对长日照下早熟的重要适应性，但其遗传基础尚甚不清楚。我们的前期研究发现，早籼品种珍汕97中Hd1强感光等位基因的感光作用对遗传背景存在依赖性，本申请项目拟针对可能与Hd1途径中识别日照长度有关的生物钟和光受体相关基因，构建在珍汕97遗传背景下的近等基因系，比较感光和非感光材料在基因编码区和启动子区域的序列，分析基因表达变化及其与Hd1感光性的关系，并研究上述变化对产量性状和光合相关性状的影响；同时，分析主要早籼品种和杂交稻亲本、代表性中籼品种和杂交稻亲本在Hd1基因、生物钟基因和光受体基因上的等位变异。通过研究，揭示早籼品种Hd1感光基因丧失感光性的分子遗传学基础，并确定中国南方稻区早籼和中籼品种在相关基因上的主要等位变异及其特点，为拓宽早稻育种资源、提高不同类型稻种资源的育种通用性提供理论依据和技术手段。

Hd1是控制水稻感光性和抽穗期的一个核心基因。Hd1感光作用的丧失，是早籼稻长日照下早熟的关键基础。本项目针对早籼稻品种往往携带强感光性Hd1等位基因、却不具感光性这一特点，应用多个遗传群体和224份水稻品种，研究早籼稻Hd1感光作用丧失的遗传基础，分析Hd1感光作用变化引起的抽穗期变化及其对产量性状、光合相关性状和稻米氨基酸含量的影响。.研究发现，Ghd7是控制Hd1日照识别的关键基因。在功能型Ghd7背景下，Hd1具强感光性，短日照下上调成花素基因表达、促进抽穗，长日照下降低成花素表达、延迟抽穗；在非功能型ghd7背景下，Hd1丧失感光性，在长、短日照下均上调成花素基因表达、促进抽穗。在Hd1与Ghd7互作改变抽穗期和感光性的过程中，对产量性状、光合性状和稻米氨基酸含量产生了重要影响。就产量性状而言，每穗总粒数、每穗实粒数和千粒重均随抽穗期的延迟而增加，而单株穗数和结实率变化较不稳定，单株产量则具有稳定的优势基因型组合（hd1Ghd7）。.在非功能型ghd7背景下，Hd1和Hd2的作用相互独立。在长、短日照下，Hd1在Hd2和hd2背景下均促进抽穗，Hd2在Hd1和hd1背景下均延迟抽穗；两基因对稻谷产量及其构成因子亦呈累加作用。在Hd1等感光基因不表现感光作用的早籼遗传背景下，早熟型成花素基因RFT1可在较低产量代价下缩短生育期，有利于为晚稻提供充裕的生长时间、提高双季稻总产。.在南方稻区，Hd1和Ghd7、DTH8、Hd2的基因型组合是决定品种抽穗期和感光性变异的主要因素。在现代半矮秆品种中，早籼品种的特征为功能型Hd1与非功能型ghd7hd2dth8组合，晚籼品种的主要特征为功能型Hd1与其他2或3个功能型基因组合；在地方品种中，晚籼品种的主要特征为Hd1、Ghd7、Hd2和DTH8功能型组合，早中籼品种趋向于携带非功能型hd1，但覆盖了绝大部分基因型组合。.本项目研究确定了早籼品种中Hd1基因感光作用丧失的遗传基础及其对稻谷产量等重要性状的影响，为培育抽穗期适宜的高产水稻新品种提供了基础。