水稻突变体8m30闭颖授粉性状的遗传机制研究

尽管转基因水稻具有广阔的市场前景和巨大的商业利益，但转基因水稻可能因基因漂流对生态安全造成潜在威胁。创制水稻闭颖授粉材料是一种抑制基因漂流的有效方法。本项目的研究材料为一闭颖授粉突变体8m30，是利用EMS对优良粳稻品种H02诱变获得。该突变体农艺性状优良，可作为抑制基因漂流、研究水稻花器官发育及开花机理的理想资源。本研究拟通过构建F2分离群体，统计闭颖授粉植株与正常开花植株的比例，判断突变位点（或基因）数目。在此基础上，利用SSR、RFLP、EST等分子标记定位8m30的突变位点，将目标位点定位在2cM以内，为下一步图位克隆目标基因奠定基础。此外，本研究将利用组织切片技术和显微技术观察突变型和野生型花器官的显微或亚显微结构差别及浆片运动状况的差异，利用RT-PCR技术分析差异部位和浆片发育相关基因的表达模式，阐述突变位点的生物学功能。

基因转化技术已成为培育和改良水稻品种的重要手段，但转基因水稻可以通过花粉漂移将目标基因扩散转移至同一物种或其近缘野生种，危害生态稳定和粮食的生产安全。闭花授粉是在内外颖闭合的状态下完成授精的一种特殊状态，可以有效抑制花粉漂移。通过诱变，我们获得一个突变体cl7(t)，在整个开花期间，内外颖始终闭合。除了闭花授精外，cl7(t)突变体还表现出株高变矮、穗长变短、穗型直立、茎秆变粗，叶片变短、变宽且夹角变小，籽粒长宽比增大，千粒重减少，叶绿素含量增加，抗衰老能力增强等特性。图位克隆显示cl7(t)基因是由于DEP2（or EP2）基因第3外显子450bp碱基C替换成A，丝氨酸变终止子，造成蛋白质翻译提前终止造成。cl7(t)基因影响细胞循环途径和GA合成途径相关基因的表达，可能是导致其植株变矮、粒型变圆的主要原因。进一步分析显示，cl7(t) 突变体的内外颖钩合力增大，浆片的体积变小且吸水膨胀能力丧失或减弱，不能产生足够的力，导致cl7(t) 突变体内外颖不能被推开，产生闭花授粉现象。通过系谱选择，在保留cl7(t)突变体优良粳稻理想株型和闭花授粉特性的基础上，获得了株高、穗粒数、结实率和千粒重明显增加的优良株系13nj18和13nj19，表明cl7(t)的闭花授粉特性与低结实率不连锁或不完全连锁，为培育生态安全的转基因品种奠定了基础。