一个高育种利用价值水稻卷叶基因rl(t)的克隆及功能分析

Moderately rolled leaf (RL) is one of the important morphological characters in rice ideo-type plant architecture breeding. The rl(t) gene in heterozygous could produce moderately RL and could increase rice yield, presenting a high breeding potential. By using BC5F3 and BC5F4 populations which developed between "rolling leaf Zhenshan 97B" (carrying rl(t) gene) and "flat leaf Qimiaoxiang" (recurrent parent) and a total of 15 polymorphic markers, the rl(t) gene was ultimately mapped into a region of 11kb flanked by the markers P95053 and P113.6 on chromosome 2. Only one predicated ORF (open reading frame)/gene was found in this region, which encodes a transcription factor of the homeobox family HD-GL2 (also known as HD-ZIP Ⅳ). The rl(t) gene will be map-based cloned and its regulation mechanism will be studied in this project.

叶片卷曲性状是水稻理想株型塑造的重要组成部分，叶片的适度卷曲能明显提高叶片的直立性，改善群体通风与光照条件，提高光能利用率，增加产量。.本项目组从水稻品种流岗卷叶粳中发现了一个新的卷叶基因rl(t)，为不完全隐性主基因，rl(t)是一个具有较高育种利用价值的基因，能改良水稻株型、延长叶片功能期、提高光能利用率、增加产量和改良米质。以"卷叶珍汕97B"（携带rl(t)基因）与平展叶品种"奇妙香"（轮回亲本）间杂交并回交的BC5F3和BC5F4为定位群体，将rl(t)定位于第2染色体上分子标记P95053和P113.6之间的11kb范围内，区间内只有一个候选基因，测序结果显示候选基因在3'端非编码区存在1个单碱基的突变。拟对卷叶基因rl(t)进行功能验证，阐明调控机理。

叶片卷曲性状是水稻理想株型塑造的重要组成部分，叶片的适度卷曲能明显提高叶片的直立性，改善群体通风与光照条件，提高光能利用率，增加产量。.本项目研究的卷叶基因rl(t)为不完全隐性主基因，具有较高育种利用价值，杂合状态下叶片表现适度卷曲（卷曲度约为30%），能改良水稻株型、延长叶片功能期、提高光能利用率、增加产量和改良米质。已将rl(t)定位于第2染色体上分子标记P95053和P113.6之间的11kb范围内，区间内只有一个候选基因，属于homeobox家族中的HD-GL2类转录因子，测序结果显示在3'端非编码区（3’UTR）存在1个单碱基的突变（G→T），这个位点位于HD-GL2家族基因的高度保守结构域GU富含区元件中，从而影响rl(t)基因表达量的变化。荧光实时定量PCR分析表明：rl(t)基因在根、茎秆、叶鞘、剑叶、倒二叶、倒三叶以及花中都有表达，在叶片和叶鞘中大量表达，而在根和茎秆中微量表达，而且突变体中rl(t)基因的表达量显著高于野生型。RNAi实验表明：rl(t)基因表达量的降低导致叶片的远轴面卷曲。将互补载体转化日本晴和卷叶日本晴（携带rl(t)基因）的过表达实验表明：随着rl(t)基因表达量的增加，叶片近轴面的卷曲程度也相应增加。通过解剖试验发现：rl(t)基因的表达量的高低调控叶片中泡状细胞的大小，进而调控叶片近轴面或远轴面卷曲的方向以及叶片的卷曲程度。这表明rl(t)基因以剂量效应方式调控水稻的卷叶性状。